兩年前，《麻省理工科技評(píng)論》曾經(jīng)率先報(bào)道過(guò)一項(xiàng)來(lái)自清華大學(xué)微電子所 的智能芯片學(xué)術(shù)突破——思考者（Thinker）多模態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算芯片，稱(chēng)其為“至上突破”（a crowning achievement）。

如今，當(dāng)年這項(xiàng)研究中的核心技術(shù)——可重構(gòu)計(jì)算——已經(jīng)走出實(shí)驗(yàn)室。

作為一種架構(gòu)創(chuàng)新，可重構(gòu)計(jì)算可根據(jù)算法和應(yīng)用的不同靈活配置硬件資源，執(zhí)行不同的任務(wù)，同時(shí)具備通用芯片的靈活性和專(zhuān)用集成電路的高效性。

就像是芯片領(lǐng)域的“變形金剛”：硬件跟著軟件變，軟硬件雙編程，“兵來(lái)將擋，水來(lái)土掩”。

圖｜云棲現(xiàn)場(chǎng)展示的 TX510（來(lái)源：清微智能）

隨著云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的發(fā)展，需要芯片具有更強(qiáng)的算力；萬(wàn)物智能孕育了巨大的市場(chǎng)需求，但這個(gè)市場(chǎng)碎片化，需求具有多樣性，這要求芯片更靈活，更高效，能夠適應(yīng)不同的應(yīng)用場(chǎng)景，同時(shí)，在對(duì)功耗敏感的場(chǎng)景下，依然能夠保持一個(gè)較高的算力，可重構(gòu)計(jì)算被寄予厚望以滿足這樣的需求。

而這也正是可重構(gòu)計(jì)算在國(guó)際上備受重視的原因：《國(guó)際半導(dǎo)體技術(shù)路線圖》稱(chēng)可重構(gòu)技術(shù)是最具前景的未來(lái)計(jì)算架構(gòu)。美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃局從 2017 年開(kāi)始，投入巨大精力支持“運(yùn)行時(shí)快速重構(gòu)”的硬件架構(gòu)研究。

不過(guò)，美國(guó)比較成型的研究和產(chǎn)品開(kāi)發(fā)大概在 2016 年左右出現(xiàn)。在可重構(gòu)技術(shù)的研究上，中國(guó)并不是跟隨者：可重構(gòu)計(jì)算是一種全新的芯片架構(gòu)技術(shù)，擁有完全中國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。

領(lǐng)導(dǎo)清華可重構(gòu)計(jì)算研究的清華大學(xué)微電子學(xué)研究所所長(zhǎng)魏少軍教授也曾公開(kāi)表示，“可重構(gòu)計(jì)算芯片技術(shù)是集成電路領(lǐng)域非常有希望的差異化技術(shù)，具有廣泛適用性。”

乍看之下，可重構(gòu)計(jì)算和當(dāng)下的主流做法異構(gòu)計(jì)算有些類(lèi)似，異構(gòu)計(jì)算同樣會(huì)調(diào)用不同的計(jì)算單元去執(zhí)行各單元擅長(zhǎng)的任務(wù)。

但事實(shí)上，兩者并不相同。清微智能首席科學(xué)家、清華大學(xué)微電子副教授尹首一在接受 DeepTech 獨(dú)家專(zhuān)訪時(shí)解釋道：“異構(gòu)計(jì)算相對(duì)容易，因?yàn)?CPU、DSP 等都是現(xiàn)成的，將它們集成在一起即可?？芍貥?gòu)計(jì)算是更底層的計(jì)算架構(gòu)技術(shù)創(chuàng)新，本身具有挺高的技術(shù)含量和門(mén)檻?！?/span>

圖｜清微智能首席科學(xué)家、清華大學(xué)微電子所副所長(zhǎng)尹首一教授（來(lái)源：清微智能）

清華微電子團(tuán)隊(duì)從 2006 年開(kāi)始研究可重構(gòu)計(jì)算。在成立公司之前，團(tuán)隊(duì)總共在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)開(kāi)發(fā)了共四顆芯片，并進(jìn)行了技術(shù)驗(yàn)證。且自研究的初始，團(tuán)隊(duì)的目標(biāo)就是朝向通用計(jì)算。

“可重構(gòu)計(jì)算使得芯片有能力去做通用計(jì)算，諸如 DSP、FPGA 這種相對(duì)通用的處理任務(wù)，都能很好在重構(gòu)計(jì)算上完成，從 2015 年開(kāi)始，我們把這個(gè)技術(shù)應(yīng)用到一些AI計(jì)算中，發(fā)現(xiàn)它也能發(fā)揮出很好的效果。可重構(gòu)計(jì)算這個(gè)技術(shù)本身的特點(diǎn)驗(yàn)證了它能夠處理通用計(jì)算”，他說(shuō)。

2016 年，第一顆基于可重構(gòu)計(jì)算的芯片在清華的實(shí)驗(yàn)室中誕生。

當(dāng)時(shí)的成果也以論文的形式發(fā)表在行業(yè)的頂刊 IEEE Journal of Solid-State Circuits（《IEEE固態(tài)電路期刊》），也正是那時(shí)候，《麻省理工科技評(píng)論》英文版專(zhuān)門(mén)報(bào)道了那顆芯片。

“經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)室的多次驗(yàn)證以后，我們基本上對(duì)技術(shù)已經(jīng)非常自信了，花了一些時(shí)間繼續(xù)打磨，并對(duì)商業(yè)以及落地的方向，整個(gè)技術(shù)與產(chǎn)品模式做了規(guī)劃，差不多在 2017 年開(kāi)始籌備公司，2018 年公司成立”，他說(shuō)。

成立之后，清微智能于去年推出第一款產(chǎn)品語(yǔ)音芯片“TX210”，主要面向智能耳機(jī)。最新帶來(lái)的 TX510，不僅支持視覺(jué)智能處理，也支持語(yǔ)音智能處理。典型功耗為 400mW，峰值算力達(dá) 1.2TOPS@INT8，支持混合精度計(jì)算和稀疏神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，AI 計(jì)算有效能效比達(dá) 5.6TOPS/W@INT8。

圖｜可重構(gòu)計(jì)算的特點(diǎn)（來(lái)源：清微智能）

“多模態(tài)”定義的未來(lái)計(jì)算任務(wù)

拆分最新問(wèn)世的 TX510 芯片，除了核心的“可重構(gòu)”之外，另一個(gè)重點(diǎn)在于“多模態(tài)”的計(jì)算。

多模態(tài)則是指，其面向的計(jì)算任務(wù)的類(lèi)型的多樣性，一方面包括深度學(xué)習(xí)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的圖像算法、語(yǔ)音算法，另一方面，除了 AI 算法之外，還可以執(zhí)行經(jīng)典算法諸如傳統(tǒng)的視頻信號(hào)處理算法等。

現(xiàn)場(chǎng)展示的一款智能門(mén)鎖應(yīng)用，就是一個(gè)需要這種能力的場(chǎng)景。當(dāng)然，這種“多模態(tài)”的能力同樣源于可重構(gòu)計(jì)算這一底層的基礎(chǔ)架構(gòu)創(chuàng)新。不過(guò)尹首一認(rèn)為，廣義來(lái)看，凡是需要語(yǔ)音，或者更高精度身份識(shí)別的場(chǎng)景，都可以應(yīng)用 TX510。

尹首一指出，未來(lái) AI 應(yīng)用發(fā)展走向多元化，帶來(lái)的計(jì)算任務(wù)也將是多元的，一款芯片產(chǎn)品應(yīng)該同時(shí)可以進(jìn)行經(jīng)典計(jì)算、AI 計(jì)算，在 AI 計(jì)算中也可以跑不同類(lèi)型的算法，而回歸到真正的計(jì)算任務(wù)角度， AI 計(jì)算本質(zhì)上也需要很多不同類(lèi)型的算法合作。

“以人臉識(shí)別為例，其中除了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、深度學(xué)習(xí)的算法，還有很多圖像處理的算法。圖像要縮放、旋轉(zhuǎn)、對(duì)齊，這些屬于經(jīng)典的信號(hào)處理。因此，從應(yīng)用的角度來(lái)說(shuō)，即使它是 AI 應(yīng)用，也應(yīng)當(dāng)具備相對(duì)通用的計(jì)算能力，才能真正地完成任務(wù)，否則只是一個(gè)單純的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)加速器，不足以支撐一個(gè)完整的應(yīng)用”，他說(shuō)。

圖｜現(xiàn)場(chǎng)展示的人臉識(shí)別門(mén)鎖應(yīng)用（來(lái)源：DeepTech）

為了更好地面向未來(lái)的視覺(jué)場(chǎng)景，TX510 搭載了時(shí)下熱門(mén)的 3D 結(jié)構(gòu)光引擎，據(jù)介紹可支持單、雙目 3D 結(jié)構(gòu)光，3D 活體檢測(cè)、紅外活體檢測(cè)、可見(jiàn)光活體檢測(cè)等，可以抵御照片、視頻等二維攻擊，面具等三維攻擊。誤識(shí)率千萬(wàn)分之一的情況下識(shí)別率大于 90%，大大高于指紋誤識(shí)率五萬(wàn)分之一的安全指標(biāo)，響應(yīng)時(shí)間不超過(guò) 30ms。

3D 視覺(jué)是目前計(jì)算機(jī)視覺(jué)的一個(gè)熱門(mén)產(chǎn)業(yè)話題，同樣是經(jīng)過(guò)了非常多年的積累，早期主要用于運(yùn)動(dòng)捕捉，近幾年得益于技術(shù)的成熟實(shí)現(xiàn)了主布的小型化，價(jià)值結(jié)構(gòu)光傳感器的發(fā)展，3D 視覺(jué)的應(yīng)用開(kāi)始得以小型化，能夠被集成到諸如手機(jī)等小型設(shè)備上?；?3D 結(jié)構(gòu)光引擎可以實(shí)現(xiàn)深度視覺(jué)信息的處理，3D 人臉識(shí)別、工業(yè)場(chǎng)景中的空間建模，也將是這款芯片的應(yīng)用場(chǎng)景。

“我們認(rèn)為，將來(lái)所有用到視覺(jué)的地方可能都會(huì)是 3D 視覺(jué)，因?yàn)槿说囊曈X(jué)本身是立體的，3D 信息背后還隱藏著很多信息，3D 智能視覺(jué)肯定是未來(lái)的必然趨勢(shì)，只是現(xiàn)在還受限于一些應(yīng)用場(chǎng)景或者產(chǎn)品開(kāi)發(fā)問(wèn)題”，他說(shuō)。

但 TX510 的 3D 結(jié)構(gòu)光引擎中，3D 視覺(jué)深度生成的相關(guān)算法并未采用一眾視覺(jué)算法公司的解決方案，而是團(tuán)隊(duì)自研。