開(kāi)拓摩爾定律新維度，提出智能摩爾之路

“1999—2019‘星光中國(guó)芯工程’創(chuàng)新成果與展望報(bào)告會(huì)”（以下簡(jiǎn)稱“報(bào)告會(huì)”）近日在人民大會(huì)堂舉行。中國(guó)工程院院士、第十三屆全國(guó)政協(xié)委員、“星光中國(guó)芯工程”總指揮鄧中翰告訴《中國(guó)經(jīng)營(yíng)報(bào)》記者，未來(lái)十年，“星光中國(guó)芯工程”計(jì)劃投資100億元用于芯片技術(shù)研發(fā)、標(biāo)準(zhǔn)的研究制定、系統(tǒng)應(yīng)用開(kāi)發(fā)以及大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化，并將大力發(fā)展基于XPS數(shù)字像素的智能傳感技術(shù)、XPU多核異構(gòu)智能處理器芯片技術(shù)，協(xié)同研究小樣本機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)、深空探測(cè)感知系統(tǒng)技術(shù)、基于視覺(jué)關(guān)注的多模信息實(shí)時(shí)處理技術(shù)等八大關(guān)鍵核心技術(shù)，以更好地服務(wù)于國(guó)家戰(zhàn)略需求。

“星光中國(guó)芯工程”是1999年由“兩彈一星”元?jiǎng)?、全?guó)人大常委會(huì)副委員長(zhǎng)周光召院士倡導(dǎo)，在工信部（原信息產(chǎn)業(yè)部）、財(cái)政部、北京市政府直接領(lǐng)導(dǎo)下，在國(guó)家電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展基金投資支持下，由應(yīng)邀回國(guó)的鄧中翰、楊曉東等一批留美博士啟動(dòng)并承擔(dān)的一項(xiàng)半導(dǎo)體工程。

這項(xiàng)工程主要致力于數(shù)字多媒體芯片的研發(fā)、設(shè)計(jì)及產(chǎn)業(yè)化工作。過(guò)去二十年，“星光中國(guó)芯工程”建立以70多位留學(xué)歸國(guó)人員為主題的核心技術(shù)團(tuán)隊(duì)，吸引2000多位國(guó)內(nèi)外優(yōu)秀人才，已經(jīng)攻克了可重構(gòu)處理器架構(gòu)技術(shù)、深亞微米超大規(guī)模芯片設(shè)計(jì)技術(shù)等15項(xiàng)核心技術(shù)，并形成了數(shù)字多媒體、應(yīng)用處理器、智能安防、傳感網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)、人工智能五大芯片技術(shù)體系，并實(shí)現(xiàn)了相關(guān)技術(shù)和產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化和商業(yè)化。

鄧中翰對(duì)記者表示：“展望未來(lái)，‘星光中國(guó)芯工程’將進(jìn)一步做大做強(qiáng)，在國(guó)際市場(chǎng)上大幅度提高‘中國(guó)芯’的地位，助力我國(guó)電子信息產(chǎn)業(yè)向前發(fā)展?！?/p>

“報(bào)告會(huì)”結(jié)束后，鄧中翰在接受《中國(guó)經(jīng)營(yíng)報(bào)》記者采訪時(shí)，談及對(duì)XPU多核異構(gòu)智能處理器芯片技術(shù)等未來(lái)研發(fā)重點(diǎn)的想法。

《中國(guó)經(jīng)營(yíng)報(bào)》：近年來(lái)在半導(dǎo)體行業(yè)，大家都在談?wù)撃柖墒欠袷У膯?wèn)題，我聽(tīng)說(shuō)你們還因此提出了“智能摩爾定律”，你的看法是什么？

鄧中翰：半導(dǎo)體技術(shù)發(fā)展到今天，半導(dǎo)體器件的溝道長(zhǎng)度逼近到原子直徑量級(jí)，我們看到了通過(guò)縮小三極管尺寸來(lái)推進(jìn)的傳統(tǒng)摩爾定律逐漸走向極限，在物理層面和信號(hào)層面受制約的情況下，我們提出了在信息處理層面進(jìn)行拓展的“智能摩爾之路”。我們開(kāi)創(chuàng)性地提出了當(dāng)代智能摩爾之路，并結(jié)合智能摩爾之路的技術(shù)路線，率先提出了XPU，也叫多核異構(gòu)智能處理器的架構(gòu)和發(fā)展路徑，并且已經(jīng)在未來(lái)智能產(chǎn)業(yè)里面開(kāi)始推廣。

《中國(guó)經(jīng)營(yíng)報(bào)》：我們應(yīng)該如何理解多核異構(gòu)智能處理器芯片技術(shù)和智能摩爾之路？

鄧中翰：大家都知道“摩爾定律”，現(xiàn)在已經(jīng)到了7納米量產(chǎn)，5納米還在準(zhǔn)備，還沒(méi)有調(diào)通。大家認(rèn)為，未來(lái)3納米是可行的。國(guó)外講“more moore”，就是延展摩爾、擴(kuò)展摩爾的意思，沿著摩爾的道路繼續(xù)發(fā)展3納米、2納米、1納米。大家都認(rèn)為，應(yīng)該也能看到1納米的。1納米相當(dāng)于3層原子，到時(shí)候很多電子信號(hào)、電子的波函數(shù)，都不一定能約束在1納米里面，0和1將越來(lái)越模糊，電子隧道效應(yīng)產(chǎn)生的漏電流會(huì)越來(lái)越大。從這個(gè)角度來(lái)看，“摩爾定律”不管走到哪一代，必將走向終結(jié)，這是基本的物理規(guī)律。

大約在20世紀(jì)90年代的末期，國(guó)外又有一種理論，叫做“more than moore”，大致是超越摩爾的意思，通過(guò)集成堆疊封裝3D技術(shù)等，把更多的功能集成到同一個(gè)芯片上或者同一個(gè)封裝里，包括把存儲(chǔ)和計(jì)算合在一起，也包括把天線、傳感器集成在一起，這就是“more than moore”。我們現(xiàn)在用的Flash，也是多層存儲(chǔ)，往縱向發(fā)展。

“more than moore”是第二個(gè)維度，在物理層面和信號(hào)層面，能想到的辦法只能是集成，把各種模塊集成到一塊兒。我們從2016年開(kāi)始提出來(lái)“智能摩爾定律”，核心就是跳出二維，走向三維，我們從信息層面入手，研究人眼關(guān)注東西的特征。你想想看，我們?cè)诘缆飞箱浵竦臅r(shí)候，可能并不想看道路兩旁樹(shù)葉怎么動(dòng)，但現(xiàn)在的計(jì)算方法在這方面耗費(fèi)了很多計(jì)算和存儲(chǔ)資源，其實(shí)我們真正關(guān)心的可能是人和車這些移動(dòng)的目標(biāo)。而人眼的視覺(jué)關(guān)注機(jī)制就不一樣，人眼只看人關(guān)注的東西，不關(guān)注的東西就不怎么看。從現(xiàn)在的神經(jīng)和人腦研究來(lái)看，這個(gè)關(guān)注機(jī)制在人腦里面是分層分區(qū)的。也就是說(shuō)，在信息層面，人對(duì)信息有關(guān)注機(jī)制，也有遺忘機(jī)制，還有分區(qū)機(jī)制，人腦里有的地方管語(yǔ)言，有的地方管視覺(jué)，有的地方管行為等等。

我們今天看起來(lái)處理器好像什么都管，都在處理器計(jì)算，其實(shí)也就說(shuō)明了處理器一會(huì)兒算圖像，一會(huì)兒算聲音，一會(huì)兒算文字，算什么都用同一個(gè)指令集，這樣處理效率很低。我們講“智能摩爾定律”，就是要借鑒人腦的機(jī)制，來(lái)分層分區(qū)地去關(guān)注各種東西，從而形成更加智能的計(jì)算。也就是在信息層面，對(duì)需要關(guān)注的信息，對(duì)有用的信息進(jìn)行更高效率的計(jì)算。

為了實(shí)現(xiàn)“智能摩爾定律”，要做很多技術(shù)，比如現(xiàn)在提出來(lái)的數(shù)字像素傳感技術(shù)，也叫DPS技術(shù)，和多核異構(gòu)XPU技術(shù)一起，這兩個(gè)技術(shù)結(jié)合起來(lái)，就能很好地學(xué)習(xí)人腦的處理方式。在未來(lái)，我們將攻克多核異構(gòu)XPU的架構(gòu)技術(shù)，這個(gè)架構(gòu)將用來(lái)支撐“智能摩爾之路”的發(fā)展。