序
人工智慧(Artificial Intelligence,AI)正在影響各行各業,並將極大地影響我們的工作和生活。而AI 技術的核心之一就是AI 晶片。從利用圖形處理器作為最初的深度學習加速晶片開始,到專門為AI 訂製的五花八門的專用晶片,在短短幾年的時間裡,AI 晶片就高速發展成為一個新興的產業。各大公司和研究機構、大專院校紛紛成立專門的AI 研究機構,研究AI 演算法、模型和硬體(即AI 晶片),有的大學甚至還為大學生開設了AI 課程,以培養社會急需的AI 人才。
從最初深度學習加速器的產業化,到以神經形態計算為基礎的類腦晶片迅速發展,AI 晶片在數年內獲得了巨大進步。在未來5 年或更長時間內,我們期待以新型記憶體為基礎、利用記憶體內計算的深度學習AI 晶片能夠產業化,同時期待類腦晶片逐漸取代深度學習AI 晶片。按照現在的技術發展軌跡,我們或許可以預測10 ~ 20 年後AI 晶片的形態:除了比現在強大得多的性能、極低的功耗外,它將不是現在這樣硬邦邦的一顆晶圓,而可能是可彎曲、可折疊甚至全透明的薄片,可以隨時隨選列印,可以植入人類體內,甚至可能是一種用蛋白質實現或依照DNA 計算、量子計算原理設計的AI 晶片。
在這樣一個科技高速發展的時代,顛覆性的創新(包括基礎理論的創新)正不斷出現。AI 的開發包含了兩個平行發展和演進的領域:一個是「AI 發現」領域,這個領域包含了不斷在創新的新型神經網路和演算法;另一個是「AI 實現」領域,即如何透過晶片用最佳的架構、電路、元件和新的材料實現演算法。如果要在核心關鍵技術方面迎頭趕上,我們必須加強上述兩個領域的基礎研究和應用研究。
在這樣的形勢下,關於AI 的研究成果和專利正呈現出爆炸式的增長,每個月、每週,甚至每天都會出現大量新的創想、新的論文,而以新演算法為基礎所實現的AI 晶片,也已達到令人「眼花繚亂」的地步。AI 領域不再是前幾年只有幾棵「大樹」的景況,如今它已經變成了一片遼闊的「森林」。對在該領域工作的研發人員來說,先到這片「森林」中去逛一逛,再回過頭來培育自己的「大樹」或「樹苗」,一定能有所獲益。以此為初衷,本書對AI 晶片領域的理論現狀和發展進行了梳理,旨在帶領讀者俯瞰AI 這片「森林」中AI 晶片一隅的概貌,以了解AI 晶片當前最新的研發情況、技術進展和一些新的研究方向。作者也以多年經驗為基礎,列出了對未來幾年的展望,希望幫助讀者們對這個領域的知識和發展有進一步的認識。
人民郵電出版社賀瑞君編輯對書稿進行了精心審讀,提出了寶貴的意見;出版社其他工作人員也為本書作了大量努力,讓本書得以較快與讀者見面,在此謹向他們表示最誠摯的感謝!
AI 晶片的研究工作和產業化正在以日新月異的速度向前推進,這是一個涉及面非常廣的技術領域,作者也在不斷探索中。因作者水準有限,書中難免有疏漏與謬誤之處,敬請業界同行和讀者指正。
張臣雄