仿視網(wǎng)膜芯片打響了新一代人工智能創(chuàng)新突破的第一槍

北京大學(xué)研制成功的仿視網(wǎng)膜超速全時芯片，在日前開幕的第21屆中國北京國際科技產(chǎn)業(yè)博覽會首次公開亮相。作為新一代人工智能的“眼睛”，該芯片像生物視網(wǎng)膜一樣采用神經(jīng)脈沖表達視覺信息，速度比生物高百倍，打響了中國新一代人工智能創(chuàng)新突破的第一槍。

仿視網(wǎng)膜芯片及高速攝像系統(tǒng)長期以來，人們誤以為傳統(tǒng)的視頻攝像頭就可以作為智能系統(tǒng)的“眼睛”。早在人工智能第一個黃金期的1967年，正在籌建人工智能實驗室的麻省理工學(xué)院教授佩帕特曾表示：“計算機聯(lián)上攝像頭，描繪它看到什么這個問題，一個暑期項目就能搞定”。時至今日，人工智能再次迎來黃金發(fā)展期，人臉識別突飛猛進，自動駕駛呼之欲出，計算機視覺這個問題似乎就要迎刃而解了。但是，在北京大學(xué)計算機科學(xué)技術(shù)系主任黃鐵軍教授看來，傳統(tǒng)視頻攝像頭根本配不上新一代人工智能，他牽頭研制的視網(wǎng)膜芯片才是真正解決這個問題的第一步。

視頻的概念盡人皆知，但很少人能像黃鐵軍一樣“面壁十年”式地思考這個問題。黃鐵軍自上個世紀九十年代研究文字識別和計算機視覺，2002年開始擔任數(shù)字音視頻編解碼技術(shù)（AVS）標準工作組秘書長，視頻編碼和圖像識別這兩個概念已經(jīng)在他腦子里碰撞了二十多年，最終讓兩者合二為一、“破壁而出”的是類腦計算。

視頻就是靜止圖像組成的序列。利用人類視覺系統(tǒng)存在的視覺暫留現(xiàn)象，電影電視每秒播放數(shù)十幅靜止圖像，就能讓人類產(chǎn)生連續(xù)的視覺感受?！半娪半娨暰褪沁@樣蒙騙人類的”，黃鐵軍說，“但這并不意味就該這樣繼續(xù)蒙騙機器。人類眼睛把環(huán)境光線變化以神經(jīng)脈沖序列形式持續(xù)不斷地告訴大腦，而不是把一幅一幅的靜止圖像送給大腦。如果我們期望機器像人一樣感知真實世界，為什么卻要愚蠢地以放電影的方式給它輸入一幅一幅靜止的圖像呢？”說到激動處，黃鐵軍就像指出皇帝沒穿衣服的那個小孩。

模仿生物視覺，就需要和神經(jīng)科學(xué)開展交叉研究。2015年北京市科學(xué)技術(shù)委員會啟動“腦科學(xué)與類腦計算”專項，黃鐵軍聯(lián)合基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)部視覺損傷與修復(fù)教育部重點實驗室的濮鳴亮教授、生物醫(yī)學(xué)中心的唐世明研究員和定量生物學(xué)中心的陶樂天研究員，獲得《大腦初級視覺系統(tǒng)解析仿真平臺研究與應(yīng)用驗證》重大課題的支持，開展靈長類視網(wǎng)膜和初級視皮層解析仿真研究，實現(xiàn)了靈長類視網(wǎng)膜中央凹神經(jīng)細胞和神經(jīng)環(huán)路的精細建模，提出了模擬視網(wǎng)膜機理的脈沖編碼模型。2017年，在滾動課題《脈沖陣列式仿視網(wǎng)膜芯片研制及驗證》支持下，經(jīng)過一年多的緊張攻關(guān)，仿視網(wǎng)膜芯片一次流片成功。

仿視網(wǎng)膜芯片對傳統(tǒng)視頻芯片的主要顛覆在于“超速”和“全時”。眼睛是億萬年進化而成的精密器官，信息處理機制優(yōu)越，但是受限于生理限制，視網(wǎng)膜發(fā)放神經(jīng)脈沖的頻率不可能超過一百赫茲。仿視網(wǎng)膜芯片采用光電技術(shù)，發(fā)放頻率達到了4萬赫茲，“超速”人眼百倍，能夠“看清”高速旋轉(zhuǎn)葉片的文字?！叭珪r”是個新概念，是指從芯片采集的神經(jīng)脈沖序列中重構(gòu)出任意時刻的畫面，這是實現(xiàn)真正機器視覺的基礎(chǔ)。相比之下，傳統(tǒng)攝像頭每秒采集數(shù)十幅畫面，兩幅畫面之間的視覺信息實際上丟失了，采用傳統(tǒng)攝像頭的自動駕駛系統(tǒng)高速運行時，就必然存在時域盲區(qū)。因此，無人駕駛、機器人、視頻監(jiān)控等需要實時視覺的智能系統(tǒng)，都需要配備這種新型芯片。

在我國去年發(fā)布的新一代人工智能規(guī)劃中，“智能芯片和系統(tǒng)”部分明確規(guī)劃了新型感知芯片。超速全時仿視網(wǎng)膜芯片的研制成功，打響了新一代人工智能創(chuàng)新突破的第一槍。作為新一代人工智能產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟的秘書長，黃鐵軍表示，仿視網(wǎng)膜超速全時芯片僅僅是開始，好戲還在后頭，“到2030年，人工智能理論、技術(shù)和應(yīng)用總體達到世界領(lǐng)先水平，這個目標一定要實現(xiàn)，也一定能夠?qū)崿F(xiàn)”。