自行车实现无人驾驶，背后究竟有何“天机”？

作者：团子 [原文来自：www.ii77.com]

编纂：Yuki [本文来自：www.ii77.com]

还记得小时候学自行车的模样吗？心里盼望着骑车带风的快感，手里的车把却永远不听使唤。妈爸在一旁喊着“转弯”，你却照样撞了墙，懊恼为什么自行车如斯难驯。

然而，在清华大学的校园中，显现了一款“黑科技”自行车——它能在无人驾驶的情形下本身连结均衡，主动识别、隐匿障碍，还能遵守批示，凭据指令乖乖做出转弯、加快等动作。

无人驾驶自行车按照指令做出左转、直行和加快动作 | 参考文献[1]

无人驾驶自行车“跟跑”和隐匿障碍 | 参考文献[1]

登上《天然》封面的无人驾驶自行车

说起来，这辆主动行驶的自行车来头可不小，它是由清华大学一支拥有多学科配景（个中包罗脑科学、较量机、微电子等）的团队牵头，经由6年时间自立研发而成。

这辆无人驾驶自行车的焦点在于通用人工智能芯片的研发，这枚名为天机（Tianjic）的芯片履历了较量科学与神经科学的融合，对较量架构与算法的优化，与进步芯片手艺的连系而最终得以实现，并作为首例通用人工芯片的展示，登上了本周《天然》（Nature）杂志的封面。

清华大学天机芯登上《天然》封面 | Nature

那么，这一新手艺特点在何？又在软件和硬件上实现哪些立异与冲破？

何为“通用人工智能”？

人人常听到的人工智能，是以模拟与拓展人的智能为目的的一门新兴手艺学科，现在的人工智能正在履历爆炸式成长。当前的人工智能首要有两个分支：一是基于较量科学的斥地，另一方面则是基于神经科学的研发。前者具有大数据的优势却在精度上有所不足，尔后者精度高却数据有限。两套系统使用的..各不沟通且互不兼容，极大地限制了人工通用智能的成长。

较量神经科学作为脑科学中新兴的、跨范畴的交叉学科，致力于糅合两门分立学科的长处，在数据与精度上取得均衡。这门新兴学科将在类脑较量、人工智能等范畴的成长中起要害感化。

通用人工智能的学科综合成长 | 参考文献[1]

当前主流的人工智能经由模拟人脑，实现取代人脑解决问题的功能，因而市面上大部门的人工智能芯片为定制化芯片，如英特尔“至强”..、谷歌TPU等。这些产物固然机能精巧，但照样接近传统较量而且只能为特定场景所需求。

科学家们意识到，人脑系统的认知和自立决议是一个非常复杂的过程，人工智能的最终方针是全方位地模拟人脑功能对情况进行感知，自立脑筋并发生响应的行为。为了与当前主流人工智能区别，一个新的概念——通用人工智能被引入了人工智能范畴。

“天机芯”—首款通用人工智能芯片问世

这篇方才揭橥在《天然》上的研究，恰是基于较量神经科学的配景，展示了首款通用人工智能芯片——“天机芯”。这款芯片在软件和硬件上都做出了冲破，从软件上这枚芯片可以融合多种神经收集与模型，提高了芯片的可扩展性，在架构上也并未采用传统的冯诺依曼架构；为了合营软件功能，在硬件上，这枚芯片采用了分布式存储和多核并行的芯片构造，以优化信息的处理效率。

天机芯片用28纳米工艺制成。如下图所示，整个芯片巨细为3.8 X 3.8mm2，由156个较量单元（Fcore）构成，这个中包罗了大约四万个神经元和一万万个突触。

天机芯测试板 | 参考文献[1]

得益于去中心化的存储与核的分布，天机芯片内部存储带宽达到了610 GB/s。在300 MHz的主频下，行使人工神经收集(ANN)，该芯片的算力可达1.28 TOPS/W，而行使脉冲神经收集(SNN)则可达到650 GSOPS/W的算力。

天机助攻，自行车圆了“自驾梦”

为磨练这款芯片的处理能力，该团队决意搭建一个无人自行车系统。

不外，从理论走向实践的过程却并不轻松，他们需要战胜重重难关。实现无人驾驶自行车，首要有三浩劫点：一是在真实的户外情况中探测和跟踪前方的跑步者、顺利经由减速带并主动隐匿障碍物；二是在接管语音号令以及视觉信息的同时经由实时的马达掌握旌旗连结自行车均衡并朝对的偏向行进；最后一点是实现多模型信息的整合与即时的自立决议。

为认识决这些问题，研究人员针对分歧的功能采用了分歧的神经收集，如行使卷积神经收集（CNN）进行图像处理和物体探测，一连吸引子神经收集(CANN)进行人体锁定，脉冲神经收集(SNN)被用来实现语音识别功能，而自行车的平稳行驶与偏向掌握则是经由多层感知器(MLP)实现。

为了整合这诸多分歧的神经收集，提高决议效率，该团队斥地了基于脉冲神经收集(SNN)的神经状况机械(NSM)。这种机械接管其他神经收集(CNN、SNN)的输入，向粗俗较量单元输出访能旌旗(CNN、CANN)和执行旌旗(如：转弯、越过障碍等)以进交运动状况掌握。

多神经收集在无人自行车实验中的应用 | 参考文献 [1]

经由搭载壮大的天机芯片，多个专用收集和多样化的算法与模型，研究人员成功让无人驾驶自行车实现了诸多功能，如：语音识别 、方针锁定、障碍判袂和自立决议等。

这辆主动驾驶自行车搭载的首要部件包罗：天机芯、各类传感器、驱动系统 | 汉化自参考文献[1]

天机芯的成功展示施展了多种神经收集、算法与模型融合的或者性，是通用人工智能范畴的重大冲破。它是实现通用人工智能路上的一大步，相信将来通用智能的实现会让SIRI更智能，机械人更伶俐、无人驾驶更靠谱。

小小的芯片搭载宏大的系统。由此，我们更加能看出这款芯片的成功研发需要何等宏大的常识贮备，天机芯片施展的不光仅是行业俊彦的专业实力，更是分歧行业的科研工作者之间的联结协作、积极合营，是多学科交叉的结晶。

常言道，隔行如隔山，行业常识壁垒的消弭需要的恰是愚公移山的精神。能够说这枚首款拥有自立IP的芯片的成功研发不光是人工智能芯片的伟大冲破，更是我国人工智能范畴的标杆性成长！我们等候着这款芯片的进一步升级以及早日实现贸易化生产。

排版：陈小砖

参考文献：

1.Jing Pei, Lei Deng, Sen Song, Mingguo Zhao, Youhui Zhang, Shuang Wu, Guanrui Wang, Zhe Zou, Zhenzhi Wu, Wei He, Feng Chen, Ning Deng, Si Wu, Yu Wang, Yujie Wu, Zheyu Yang, Cheng Ma, Guoqi Li, Wentao Han, Huanglong Li, Huaqiang Wu, Rong Zhao, Yuan Xie & Luping Shi. Towards artificial general intelligence with hybrid Tianjic chip architecture. Nature. 572, 106–111 (2019)