◎ 科技日?qǐng)?bào)記者 林莉君

對(duì)于我國(guó)學(xué)術(shù)界來(lái)說(shuō)，在世界頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊《自然》上刊發(fā)論文早已不是啥大事兒。

但是“以計(jì)算機(jī)系作為第一完成單位，論文被《自然》刊發(fā)，在我們國(guó)家還是第一篇 。我的一些搞計(jì)算機(jī)研究的朋友知道了這個(gè)消息，都特別開(kāi)心。”中國(guó)工程院院士鄭緯民語(yǔ)氣中難掩激動(dòng)！

被鄭院士點(diǎn)名的這篇論文，昨天晚上也就是10月14日，被《自然》刊發(fā)。這篇題為《一種類腦計(jì)算系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)》（A system hierarchy for brain-inspired computing）的論文，由清華大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系（以下簡(jiǎn)稱“計(jì)算機(jī)系”）張悠慧團(tuán)隊(duì)、精密儀器系（以下簡(jiǎn)稱“精儀系”）施路平團(tuán)隊(duì)與合作者共同完成，清華大學(xué)計(jì)算機(jī)系是第一完成單位。

“從除夕夜提交論文到8月上旬被接受，這個(gè)審稿時(shí)間是非常快的。”清華大學(xué)類腦計(jì)算研究中心主任、精儀系教授施路平告訴記者。“受新冠肺炎疫情影響，論文的兩輪修改都是由各團(tuán)隊(duì)通過(guò)線上緊密合作完成，我們通過(guò)和審稿人交流，針對(duì)文章實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)回復(fù)了超過(guò)70頁(yè)的反饋文件。”

論文首次提出“類腦計(jì)算完備性”（也稱為神經(jīng)形態(tài)完備性）概念——針對(duì)任意給定誤差?≥0和任意圖靈可計(jì)算函數(shù)f(x)，如果一個(gè)計(jì)算系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)函數(shù) F(x) 使得 ‖F(xiàn)(x)-f(x)‖≤?對(duì)所有合法的輸入x均成立，那么該計(jì)算系統(tǒng)是類腦計(jì)算完備的。

張悠慧研究員

“通俗來(lái)講，‘完備性’可以回答系統(tǒng)能夠完成什么、功能邊界在哪里等問(wèn)題。 研究完備性，能為軟硬件系統(tǒng)的解耦合、劃分不同研究領(lǐng)域間的任務(wù)分工與接口提供理論基礎(chǔ)。”張悠慧告訴記者。類腦計(jì)算處于起步階段，國(guó)際上尚未形成公認(rèn)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與方案，這一成果填補(bǔ)了完備性理論與相應(yīng)系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)方面的空白，利于自主掌握新型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)核心技術(shù)。

《自然》雜志的一位審稿人認(rèn)為“這是一個(gè)新穎的觀點(diǎn)，并可能被證明是神經(jīng)形態(tài)計(jì)算領(lǐng)域以及對(duì)人工智能的追求的重大發(fā)展（This is a novel perspective and could prove to be a significant development for the field of neuromorphic computing, and in the quest for artificial general intelligence）”。

計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)專家、華中科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院教授金海評(píng)價(jià)此項(xiàng)研究“在類腦計(jì)算系統(tǒng)領(lǐng)域做出了基礎(chǔ)性、原創(chuàng)性的貢獻(xiàn)，有利于自主掌握新型計(jì)算系統(tǒng)軟硬件核心技術(shù)。 ”

通用計(jì)算領(lǐng)域有兩個(gè)著名概念，一個(gè)是“圖靈完備性”，另一個(gè)是“馮·諾依曼體系結(jié)構(gòu)”。這使得通用計(jì)算領(lǐng)域在軟件層、編譯層和硬件層都有了統(tǒng)一的范式，使不同層次各自發(fā)展而又可以無(wú)縫兼容。

“但是，現(xiàn)有的類腦計(jì)算系統(tǒng)研究大多聚焦于如何實(shí)現(xiàn)具體的芯片、工具鏈、應(yīng)用和算法的創(chuàng)新，忽略了從宏觀和抽象層面上對(duì)計(jì)算完備性和體系結(jié)構(gòu)的思考，阻礙了類腦計(jì)算軟硬件的獨(dú)立發(fā)展和互相兼容的可能性，我們一直在思考如何突破這一局面，擴(kuò)展類腦計(jì)算系統(tǒng)的應(yīng)用場(chǎng)景？”提起科研的初衷，張悠慧告訴記者。

團(tuán)隊(duì)針對(duì)類腦計(jì)算特性——不像通用計(jì)算注重每一個(gè)計(jì)算過(guò)程的精確而更注重結(jié)果擬合，提出了對(duì)計(jì)算過(guò)程和精度約束更低的類腦計(jì)算完備性概念，并且設(shè)計(jì)了相應(yīng)的類腦計(jì)算機(jī)層次結(jié)構(gòu)：圖靈完備的軟件模型，類腦計(jì)算完備的硬件體系結(jié)構(gòu)，以及位于兩者之間的編譯層。通過(guò)構(gòu)造性轉(zhuǎn)化算法，任意圖靈可計(jì)算函數(shù)都可以轉(zhuǎn)換為類腦計(jì)算完備硬件上的模型，這意味著類腦計(jì)算系統(tǒng)也可以支持通用計(jì)算，極大地?cái)U(kuò)展了類腦計(jì)算系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域，也使類腦計(jì)算軟硬件各自獨(dú)立發(fā)展成為可能。

類腦計(jì)算機(jī)層次結(jié)構(gòu)（左）與現(xiàn)有通用計(jì)算機(jī)（右）的對(duì)比

“一開(kāi)始審稿人認(rèn)同我們研究問(wèn)題的意義，但是并不理解我們對(duì)于研究問(wèn)題的解決思路，對(duì)于是否有必要進(jìn)行底層的計(jì)算理論設(shè)計(jì)，審稿人提出了質(zhì)疑。”團(tuán)隊(duì)成員、計(jì)算機(jī)系博士后渠鵬說(shuō)，“但是通過(guò)對(duì)整體行文邏輯、文章內(nèi)容和原型實(shí)驗(yàn)的反復(fù)斟酌修改，以及對(duì)研究思路和質(zhì)疑點(diǎn)的一一反饋，審稿人最后認(rèn)同了我們的設(shè)計(jì)理念。”

張悠慧（右）與博士后渠鵬探討問(wèn)題

70多頁(yè)的反饋文件，一次又一次的討論、修改、迭代，見(jiàn)證了團(tuán)隊(duì)一步一步迎難而上的努力。“當(dāng)審稿人說(shuō)我們的研究明確了不同領(lǐng)域的分工和接口，將對(duì)類腦計(jì)算的交叉研究產(chǎn)生積極作用時(shí)，真的特別受鼓舞，感覺(jué)到團(tuán)隊(duì)研究的東西是十分有意義的，也是被類腦計(jì)算社區(qū)所認(rèn)可的。”渠鵬說(shuō)。

來(lái)源：科技日?qǐng)?bào)（圖片均由作者提供）

[責(zé)任編輯：楊凡、崔中連]

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