清华团队首提新理论概念，将极大扩展类脑计算系统的应用领域

发布会活动现场，清华计算机系研究员张悠慧在介绍研究成果。澎湃新闻记者程婷 图

北京时间10月14日，清华大学计算机科学与技术系张悠慧团队、精密仪器系施路平团队与合作者在《自然》（Nature）杂志发表论文《一种类脑计算系统层次结构》，首次提出“类脑计算完备性”概念以及软硬件去耦合的类脑计算系统层次结构。

当天，澎湃新闻（www.thepaper.cn）在清华大学类脑计算研究成果发布会上了解到，类脑计算处于起步阶段，国际上尚未形成公认的技术标准与方案，这一成果填补了完备性理论与相应系统层次结构方面的空白，利于自主掌握新型计算机系统核心技术。

这项成果表明，类脑计算系统也可以支持通用计算，将极大地扩展类脑计算系统的应用领域，也使类脑计算软硬件各自独立发展成为可能。

提出“类脑计算完备性”概念为何重要？

类脑计算，是借鉴生物神经系统信息处理模式和结构的计算理论、体系结构、芯片设计以及应用模型与算法的总称。

关于其重要性，欧盟人脑旗舰研究计划项目所指出：“在未来10到20年内，谁要引领世界经济，谁就必须在这个领域领先。”

但近年来类脑计算领域在飞速发展的同时，却缺乏对此类基础问题的研究。为此，清华研究团队提出了“类脑计算完备性”（也称为神经形态完备性）概念，并且设计了相应的类脑计算机层次结构，进行了理论验证。

“通俗来讲，‘完备性’可以回答系统能够完成什么、功能边界在哪里等问题。研究完备性，可以为软硬件系统的解耦合、划分不同研究领域间的任务分工与接口提供理论基础，我们的研究聚焦完备性理论研究，先回答基本的问题。”清华计算机系研究员张悠慧说。

对于该项成果，《自然》杂志的一位审稿人评价，“这是一个新颖的观点，并可能被证明是神经形态计算领域以及对人工智能的追求的重大发展”。计算机体系结构专家、华中科技大学计算机学院教授金海评价此项研究“在类脑计算系统领域做出了基础性、原创性的贡献，有利于自主掌握新型计算系统软硬件核心技术”。

此次论文的共同第一作者为清华计算机系研究员张悠慧、博士后渠鹏、博士生季宇、精仪系博士生张伟豪。共同通讯作者为张悠慧与施路平教授。 

类脑计算机层次结构(左)与现有通用计算机（右）的对比。清华大学供图

第三代天机芯以及新型类脑计算机正在开发

此次也是清华大学计算机系以第一完成单位/通讯单位发表的首篇《自然》论文，并完成了清华大学一年多以来在《自然》正刊的类脑计算领域“三连发”。在此之前，清华在类脑计算领域“天机芯”和“多阵列忆阻器存算一体系统”相关成果分别在《自然》正刊发表。

清华于2014年9月创立由7家院系联合而成的类脑计算研究中心，精仪系施路平教授担任中心主任。

2015年6月，清华第一代天机芯成功流片，该芯片首次将人工神经网络和脉冲神经网络进行异构融合，同时兼顾技术成熟并被广泛应用的深度学习模型与未来具有巨大前景的计算神经科学模型。

去年8月1日，《自然》封面文章展现了第二代天机芯成果，该成果具有高速度、高性能、低功耗的特点。这一成果被两院院士选为2019年中国十大科技进展、科技部中国十大科学进展。

目前，该中心正在开发第三代天机芯以及新型类脑计算机。

研究团队负责人表示，团队将坚持计算机科学和神经科学融合的技术路线，并充分利用新型非易失性存储器件（包括忆阻器）的特殊性质，发展适合这些器件的新的计算模型和算法，构建完全新型的智能计算体系。