清华大学计算机系张悠慧团队首次提出“类脑计算完备性”

中国教育报—中国教育新闻网讯（记者 董鲁皖龙）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”以及软硬件去耦合的类脑计算系统层次结构。这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，也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”。

该论文首次提出“类脑计算完备性”以及软硬件去耦合的类脑计算系统层次结构，通过理论论证与原型实验证明该类系统的硬件完备性与编译可行性，并扩展了类脑计算系统应用范围使之能支持通用计算。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。

当前，现有类脑计算系统方面的研究多聚焦于具体芯片、工具链、应用和算法的创新实现，而对系统基础性问题，例如计算完备性、系统层次结构等思考不足，导致软硬件紧耦合、应用范围不明确等一系列问题。但从现有通用计算机的发展历史与设计方法论来看，完善的计算完备性与软硬件去耦合的层次结构是计算系统蓬勃发展的计算理论与系统结构基础。

为此，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。“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。”张悠慧说。

《自然》杂志的一位审稿人认为“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”。

文章的发表，意味着清华大学相关团队在一年多的时间内完成了类脑计算领域《自然》正刊三连发。三篇论文分别从“异构融合的新型类脑计算芯片与系统”、“基于忆阻器件的神经形态芯片”、以及“类脑计算完备性与系统层次结构”等角度完成了类脑计算领域的首次实现，标志着清华大学在此领域的国际领先地位。

清华大学对学科交叉要求极高的类脑计算研究高度重视，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。中心融合了脑科学、电子、微电子、计算机、自动化、材料以及精密仪器等学科，进行全方位类脑智能研究。中心瞄准重大科学问题和国家重大需求，特别是未来“卡脖子”问题提前布局，给老师们以充分的信任和支持，倡导厚积薄发。近年来，类脑计算研究中心提出了符合脑科学基本规律的新型类脑计算架构——异构融合的天机类脑计算芯片架构，可同时支持计算机科学和神经科学的神经网络模型，发挥它们各自的优势。目前“天机芯”已发展到第三代，为学界提供了一个发展人工通用智能的平台和思路，将促进人工通用智能研究、赋能各行各业。

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2020/10/16