類腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理器芯片設(shè)計(jì)與應(yīng)用研究
一、項(xiàng)目簡介 隨著AlphaGo及其Zero的相繼推出,近年來以神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算為基礎(chǔ)的深度學(xué)習(xí)及相關(guān)優(yōu)化算法已成為人們研究AI的熱點(diǎn)。深度學(xué)習(xí)算法在AlphaGo中的成功應(yīng)用主要是依賴神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)督學(xué)習(xí)的網(wǎng)絡(luò)層次及神經(jīng)元數(shù)量提升,而其Zero的應(yīng)用不同則是在于引進(jìn)了博弈優(yōu)化的思想,這就給以并行計(jì)算為核心的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化算法理論研究提供新的思路。 鑒于傳統(tǒng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化算法面臨非全局優(yōu)化的難題,我們基于吉布斯分布采樣優(yōu)化計(jì)算,提出一種以脈沖神經(jīng)元構(gòu)成的混合網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)動力學(xué)系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)全局優(yōu)化算法,引進(jìn)納什平衡理論來優(yōu)化的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算方案,并設(shè)計(jì)一款相應(yīng)的通用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)并行處理器芯片,以新型芯片編程架構(gòu)模擬人腦功能進(jìn)行感知、行為和思考新型芯。 二、前期研究基礎(chǔ) 本團(tuán)隊(duì)主要是由廈門大學(xué)福建省集成電路設(shè)計(jì)工程技術(shù)研究中心、廈門大學(xué)集成電路設(shè)計(jì)與測試分析福建省高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的教師與學(xué)生組成的,主要從事人工智能、網(wǎng)絡(luò)通訊、集成電路設(shè)計(jì)、納米單電子器件等方面的研究工作,并積累了深厚的研究基礎(chǔ)。團(tuán)隊(duì)首席科學(xué)家郭東輝教授十多年前曾在美國加州Berkeley 大學(xué)非線性電路實(shí)驗(yàn)室訪問,從事有關(guān)細(xì)胞神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(CNN)有關(guān)課題的研究,先后主持國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目五項(xiàng),其中與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)研究內(nèi)容相關(guān)的有兩項(xiàng),分別是《視覺神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)光電集成系統(tǒng)的研究》(批準(zhǔn)號:69686004)和《混沌神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)加密算法及其相應(yīng)集成電路的設(shè)計(jì)研究》(批準(zhǔn)號:60076015)。 本團(tuán)隊(duì)同時也是廈門市集成電路設(shè)計(jì)公共服務(wù)平臺的主要技術(shù)支撐單位。在廈門市科技重大專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)的支持下,我們配備了開展模擬及數(shù)字SOC 芯片設(shè)計(jì)所需要的各種EDA 工具和IC 測試設(shè)備。此外,廈門集成電路設(shè)計(jì)公共服務(wù)平臺也是TSMC、SMIC 等芯片制造廠重要合作伙伴,并與廈門聯(lián)芯、三安集成等芯片制造廠也有長期的合作協(xié)議,可以進(jìn)行包括射頻及功率芯片在內(nèi)各類模擬及數(shù)字SOC 芯片的設(shè)計(jì)流片。同樣,在學(xué)校211 和985 經(jīng)費(fèi)的支持下,本團(tuán)隊(duì)也獨(dú)立配備了8 臺IBM 服務(wù)器分別運(yùn)行MATLAB、OPNET、SPW、ANSYS、Silvaco TCAD 等系統(tǒng)設(shè)計(jì)與器件工藝仿真工具。本團(tuán)隊(duì)所在的微電子與集成電路學(xué)科也已列入我校“雙一流”建設(shè)學(xué)科,有關(guān)類腦芯片設(shè)計(jì)相關(guān)課題研究所需要的科研環(huán)境建設(shè)將得到重點(diǎn)支持。特別是廈門聯(lián)芯公司在量產(chǎn)后,已將本團(tuán)隊(duì)作為其先導(dǎo)技術(shù)開發(fā)的重要合作伙伴,也委托我們開發(fā)相應(yīng)的器件模型及電路工藝庫。在廈門火炬高新區(qū)及廈門市IC 平臺的支持下,廈門聯(lián)芯公司還可以為我們團(tuán)隊(duì)提供免費(fèi)的MPW流片業(yè)務(wù)。 自2009年,本團(tuán)隊(duì)與福建新大陸電腦股份有限公司簽署 “共建SoC聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室”以來,基于該平臺,每年合作項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)近百萬,同時還完成了多項(xiàng)橫向合作項(xiàng)目:面向金融、稅控的專用信息處理與控制SoC芯片開發(fā)、安全密碼算法研究、區(qū)塊鏈接技術(shù)研究等等,培養(yǎng)了大批優(yōu)秀的碩士畢業(yè)生;廈門市美亞柏科信息股份有限公司是本團(tuán)隊(duì)的長期合作伙伴之一。 總之,不管從算法理論研究還是從應(yīng)用技術(shù)開發(fā)來看,本課題組已具備相當(dāng)優(yōu)秀的研究基礎(chǔ)和研究經(jīng)驗(yàn),以及顯著的前沿技術(shù)攻關(guān)能力。 三、應(yīng)用技術(shù)成果我們的相關(guān)研究成果也得到企業(yè)界的重視和肯定,課題組先后承擔(dān)過如深圳 華為公司首歀交換芯片項(xiàng)目的調(diào)度算法設(shè)計(jì)、福建新大陸首款二維碼識別芯片的算法及后端版圖綜合設(shè)計(jì)、臺灣盛群公司首款32 位處理器及專用處理器編譯器開發(fā)和廈門元順公司多款電源管理芯片的設(shè)計(jì)。最近課題組還為我國某研究機(jī)構(gòu)開發(fā)28nm 的低功耗設(shè)計(jì)流程專門設(shè)計(jì)一款掛載加可重構(gòu)解密算法協(xié)處理器的32 位通用處理器驗(yàn)證芯片。
廈門大學(xué)
2021-04-11