紮根重慶的哈佛博士後石匆:要讓類腦晶片實現「彎道超車」

2020-11-28 華龍網

人物檔案: 石匆:重慶大學「百人計劃」學者,研究員,博士生導師,清華大學博士,哈佛大學醫學院博士後。長期從事智能視覺圖像處理晶片架構、電路及算法研究,主持重慶市自然科學基金重點項目1項,主研或參與國家02重大專項、國家973項目、國家重點自然科學基金項目,主導完成多款高速視覺圖像處理晶片及系統設計。

重慶商報-上遊新聞記者 談書

今年2月,34歲的石匆加入重慶大學,主攻高速類腦脈衝神經網絡晶片設計。在這位哈佛大學博士後看來,選擇紮根重慶,是因為重慶給他提供了從事前沿科技研究的條件,同時給了他最好的生活安排,讓他能夠心無旁騖地投入到科研之中。

10歲自學basic語言編程

石匆出生在四川內江。在他十歲時,父母給他買了一臺當時流行的學習機。空閒時他就開始自學基礎的basic程式語言。兩個月後,他就用學習機開發了一套簡單的小遊戲程序出來。

基於濃厚的興趣,此後,這位學霸大學時期選擇了電子類相關的專業進行學習。在哈爾濱工業大學獲得學士和碩士學位之後,2014年又在清華大學順利獲得博士學位,讀博期間在中國科學院半導體所進行聯合培養。之後又去到哈佛大學醫學院從事博士後研究工作。

今年2月份,石匆回國來到重慶大學,開始研究高速類腦脈衝神經網絡晶片設計,他所研究的這一領域,在國際學術界也被公認是「難啃的骨頭」。為何依然選擇在這個方向上前進,「我之前兩個重要的學術創新成果給予了我一些靈感,同時也具備研究基礎。」

在國內讀博期間,石匆設計了國際首款具有完整類腦視覺功能的晶片,它具備高速圖像採集、並行圖像處理、快速特徵識別的功能,同時處理速度快、功耗低,這一成果也發表在具有國際集成電路設計奧林匹克大會之稱的ISSCC上,獲得國內外院士在內的眾多專家學者的積極評價,被認為是將國際視覺晶片研究水平推向了新的高度。

後來,為了進一步深入理解人類視覺的生理機制,研究設計出功能更加強大的類腦視覺處理系統,博士畢業後石匆又來到哈佛大學醫學院的Schepens眼科視覺研究中心從事博士後研究工作,進行了長達三年多的跨學科融合創新研究。在此期間,其中一項重要成果就是研究提出了全類腦運動感知片上系統設計技術,並基於FPGA實現了晶片原型,這也是國際上首款全類腦運動感知片上系統。

「這兩項研究成果,可以大致理解為,前者實現了仿大腦視覺皮層腹側通路的物體識別功能,後者實現了仿大腦視覺皮層背側通路的運動感知功能。」石匆透露,目前這兩款晶片均有巨大的產業化潛力,正在和部分高新技術企業合作洽談。

用特色化實現「彎道超車」

「我此前研究的兩款晶片的功能是獨立的,現在我主攻的方向就是將類腦識別與運動感知這兩個功能整合在一起,讓一款晶片同時實現兩個功能。」石匆解釋,人腦中兩條視覺通路在功能上是相互促進的,比如一個低視力患者,對運動目標的辨識能力遠遠超過靜止目標。

「人腦有多達約860億神經元,且能快速完成非常複雜的識別、分析、推理、感知等任務,但功耗只有20W,僅相當於一隻電燈泡。」在他看來,如果用同一晶片實現兩個功能的整合,無疑更接近人腦,就可以勝任更多的應用場景,比如場景識別、文字理解、異常監控、實時人機互動、工業自動化、智能駕駛等等。此外,脈衝神經網絡具有能量高、功耗低的優勢,更適合安裝在如監控攝像頭、手機等邊緣設備上,實現實時推理與計算。

目前,包括美國IBM公司、英國曼徹斯特大學、美國史丹福大學、德國德勒斯登工業大學、瑞士蘇黎世聯邦理工大學、美國英特爾公司等歐美知名大學、研究機構和公司都在進行類腦神經網絡晶片研究,國內清華大學、北京大學、浙江大學也在該領域取得了一定影響力的研究成果。

「現在這一研究領域仍然面臨很多關鍵性技術難題,也是限制其大規模應用的原因所在。」在石匆看來,要實現「彎道超車」,不能單一「拼速度」,還要「做特色」,利用目前半導體工藝技術的優勢和人工智慧理論的發展,設計出真正實用化的類腦神經網絡晶片,推動相關產業升級,促進經濟增長,方便人們的生活。

心無旁騖專心做科研

據悉,此次作為重慶大學「百人計劃」學者和重慶高層次人才,石匆也得到科研啟動資金、博士生導師資格、住房優惠購買和租房補貼,同時幫助解決未來子女的教育問題,「這些政策為我提供了良好的科研平臺,解決了我的後顧之憂,讓我能夠心無旁騖地投入到科學研究中。」目前,他已經獲批主持一項重慶市自然科學基金重點項目。

在回國前,石匆也關注到重慶的發展方向。「近幾年,國家大力扶持集成電路產業。重慶市對於集成電路產業的發展尤為重視與支持,也是吸引我的原因之一。」在他看來,重慶的政策和平臺,將吸引更多相關行業公司向重慶聚集,同時有更多優秀人才願意紮根重慶、服務重慶,促進產學研同步推進,實現多贏。另一方面,也將更快更好地推動國家集成電路領域發展,逐步解決「卡脖子」的關鍵技術難題。

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