站在后摩爾時代智能感知浪潮前端
——記重慶大學(xué)類腦感知與普適智能科學(xué)研究院周喜川青年科研團隊

干思思

“如果在未來10年中，scaling（尺寸縮?。┳叩搅吮M頭，我也不會覺得意外。”——提出這一觀點的，恰恰是摩爾定律的提出者戈登·摩爾。

在集成電路產(chǎn)業(yè)界，摩爾定律一直被奉為“金科玉律”。然而，隨著半導(dǎo)體器件的特征尺寸趨近物理極限，“摩爾定律已接近尾聲”的說法正被行業(yè)接受。當人類步入后摩爾時代，人工智能這一世界最重要的技術(shù)領(lǐng)域之一該向何處去？在國際環(huán)境日趨復(fù)雜的情況下，我國智能領(lǐng)域的頭部企業(yè)該如何應(yīng)對無先進工藝可用的時代挑戰(zhàn)？這是我國相關(guān)領(lǐng)域科學(xué)家亟待解決的問題，也是重慶大學(xué)類腦感知與普適智能科學(xué)研究院院長（簡稱“重慶大學(xué)類腦研究院”）周喜川及其同伴們最為關(guān)注的問題。

“我們希望借鑒人類大腦的感知功能，通過研究類腦的信號處理方法與系統(tǒng)，來解決智能感知裝備小型化過程中面臨的看不清、存不下、傳不完、算不快等難題，以實現(xiàn)后摩爾時代人工智能在多領(lǐng)域應(yīng)用的普適智能?！敝芟泊ㄈ缡窃忈屗麄儓F隊的愿景目標。

朝著這一愿景目標，近年來他們做了很多努力，無論是立足國需開展AI遙感探測研究，圍繞經(jīng)濟主戰(zhàn)場進行智能駕駛及人工智能物聯(lián)網(wǎng)研究，還是迎難而上，聚集國家級青年人才，開展人工智能與集成電路領(lǐng)域前沿探索研究。一步一個腳印，既飽含著對“國之大者”的深度思考，也透露出他們將研究一一落到實處的堅定決心?！笆聦嵣希苿游覈悄芨兄I(lǐng)域發(fā)展不是一個人或一個團隊可以完成的，我們相信會有越來越多人參與到這份事業(yè)中來?！蔽∥∩匠牵磺襞笠?、共創(chuàng)未來的覓音之曲悠然響起——

團隊部分成員合影

“國之大者”心中有數(shù)——聚焦人工智能感知關(guān)鍵問題

2021年上半年，周喜川受邀參加了華為在成都舉辦的學(xué)術(shù)年會。會上，他聚焦“后摩爾時代怎么辦？”這一議題作了演講報告。“近幾年，從中興事件到華為事件，中國在人工智能、集成電路等領(lǐng)域遭遇的困境和所做的努力大家都有目共睹，事實上，后摩爾時代對人工智能發(fā)展帶來的挑戰(zhàn)是巨大的，這已經(jīng)成為行業(yè)先行者的共識，也是我們希望解決領(lǐng)域關(guān)鍵問題的原因所在。無論基于國家未來發(fā)展考慮，還是對領(lǐng)域企業(yè)的生死存亡來說，這些都是至關(guān)重要的問題，我們也想在這一賽道上作一點自己的貢獻?！薄皩覒?zhàn)略需求要心中有數(shù)，研究面向國家重大需求，面向經(jīng)濟主戰(zhàn)場，解決行業(yè)發(fā)展的緊迫難題?！痹谥芟泊磥?，這些是他和所有科研工作者都應(yīng)該瞄準的方向。

目標可以很宏大，但落腳點該放在何處？隨著摩爾定律放緩，類腦感知計算呈現(xiàn)出新的加速態(tài)勢，從遙感探測到自動駕駛，從安防、醫(yī)療到智慧城市……“AI+”落地越來越廣泛，隨之而來的是數(shù)據(jù)量的爆炸性增長，因算法、算力技術(shù)受限帶來的看不清、存不下、傳不完、算不快等問題，嚴重阻礙著人工智能在各領(lǐng)域的應(yīng)用。

周喜川及其團隊夢想的落腳點恰放在此處。近年來，他和團隊致力于智能感知裝備小型化相關(guān)研究，解決了小型化光譜圖像探測載荷、信號質(zhì)量與通信帶寬不足、載荷算力受限的關(guān)鍵技術(shù)挑戰(zhàn)，服務(wù)于遙感探測、智能汽車等國家重大需求，收獲了他們更為在意的價值感和成就感。

遙感技術(shù)是被譽為“千里眼”的現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)。用《中庸》里的一句“致廣大而盡精微”來形容它較為合適——利用人造衛(wèi)星、飛機等“至‘高’而望‘遠’”；運用各種傳感器高空間、光譜、溫度分辨率等功能，捕捉細微物體的特征和變化。當前，遙感技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用到軍事偵察、環(huán)境和氣象觀測等重要領(lǐng)域。但傳統(tǒng)遙感載荷技術(shù)已經(jīng)難以滿足應(yīng)用對其小型化、精度高等方面的需求，類腦AI技術(shù)的加持，讓傳統(tǒng)遙感插上了騰飛的翅膀。

AI遙感探測技術(shù)的發(fā)展瓶頸是計算帶來的難題。對此，周喜川和團隊早就有所儲備。早年針對低含量礦物遙感圖像數(shù)據(jù)數(shù)量不足、有效信號弱等科學(xué)問題，他和團隊提出知識驅(qū)動的小樣本深度學(xué)習(xí)與盲分析算法，較好解決了光譜數(shù)據(jù)小樣本學(xué)習(xí)、小信號解混的問題，相關(guān)代表作還入選了中國工程院FITEE院刊2015年度Top10 Cited十大影響力論文。

前幾年，周喜川帶領(lǐng)團隊基于小型高光譜探測載荷要實現(xiàn)圖像實時處理面臨的算力挑戰(zhàn)，研發(fā)了一種面向硬件的稀疏神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，他們給這一算法起了個頗有重慶特色的名字——大腦殼（DANoC）算法。這是一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展的新技術(shù)，可以很好地運用到遙感衛(wèi)星、無人機等領(lǐng)域，解決它們在發(fā)展過程中面臨的算不快的問題。

工欲善其事，必先利其器。有了在算法工具上的積累和沉淀，重慶大學(xué)類腦研究院成立后，周喜川和他所帶領(lǐng)的團隊一直致力于將研究搬下高閣實現(xiàn)落地。他們先后與中核集團、中國科學(xué)院科研院開展了深入合作，致力于感算一體小型化智能遙感探測裝備的研發(fā)。同時，還致力于推動AI遙感技術(shù)在三峽庫區(qū)生態(tài)監(jiān)測上的應(yīng)用，建立起空天地一體化的遙感監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，服務(wù)國家對三峽庫區(qū)生態(tài)監(jiān)測的重大需求。

汽車行業(yè)擁有龐大的產(chǎn)業(yè)鏈，在當今世界經(jīng)濟活動中占有重要地位。自動駕駛已成科技強國搶奪未來出行話語權(quán)的主戰(zhàn)場，也是當前智能技術(shù)角逐的主戰(zhàn)場。但自動駕駛的發(fā)展并沒有那么順利，特斯拉、蔚來等相關(guān)事故讓不少人到了“談自動駕駛色變”的程度。究其原因，感知不足是重要因素?？床磺宓穆?，算不明的人，讓智能汽車發(fā)展遭遇瓶頸，這是周喜川及其團隊聚焦自動駕駛智能感知關(guān)鍵問題的原因所在。早前，他們曾面向自動駕駛對多光譜流媒體實時處理的需求，基于信息論進一步提升了算法視頻處理計算能效，據(jù)此設(shè)計了第二代“大腦殼算法”加速芯片。為解決車載感知技術(shù)在夜間探測能力不足、事故頻發(fā)這一難題，周喜川和團隊研發(fā)了多光譜感算一體探測系統(tǒng)。根據(jù)長安汽車與賽寶公司檢測，該系統(tǒng)將夜間目標識別與定位精度提高15%以上，已應(yīng)用于長安多款智能駕駛量產(chǎn)車型。

上蒼穹依托智能遙感知細微動態(tài)，下神州聚焦智能汽車保未來暢通。無論是“上頂天”還是“下立地”，一桿秤始終堅守在周喜川及其同伴的心中，那就是——國需民需即我需。他相信，這也是很多跟他一樣奔跑在科研賽道上的人共同追求的目標。

科研成果孕育一方——人工智能服務(wù)地方經(jīng)濟

“人工智能看似高高在上，但實際上已經(jīng)滲透到我們生活的方方面面?！弊哌M周喜川及其團隊的研究世界，大家會發(fā)現(xiàn)這是一個盡顯科學(xué)魅力、服務(wù)一方百姓的奇妙智能世界：基于智能感知算法的高光譜遙感探測技術(shù)不僅可以通過監(jiān)測水質(zhì)的懸濁物、葉綠素、富養(yǎng)化物來實現(xiàn)對環(huán)境的定量監(jiān)測，還可以很容易地識別分析出土壤的污染物；基于多光譜的感算一體探測系統(tǒng)研發(fā)的車載智能感知裝備可以讓自動駕駛汽車能夠更快、更精準地辨識和判斷出周圍的物體，大大提高其安全性能；除此之外，AIOT（智能物聯(lián)網(wǎng)）也是他們聚焦的一個重要領(lǐng)域，以此支撐起智慧城市、智慧工廠的構(gòu)建和發(fā)展。從我們喝的每一滴水、用的每一度電；從工業(yè)領(lǐng)域的制造業(yè)，再到城市治理……人工智能早已無處不在，服務(wù)一方百姓。

“朝辭白帝彩云間，千里江陵一日還……”一首別具重慶韻味的古詩詞《早發(fā)白帝城》或許也最能演繹新時代科技發(fā)展的無窮魅力，如今，有了人工智能的錦上添花，悠悠古城重慶正煥發(fā)出充滿底蘊的勃勃新機。

近日，《重慶市建設(shè)國家新一代人工智能創(chuàng)新發(fā)展試驗區(qū)實施方案》印發(fā)。方案提出力爭到2022年，重慶市人工智能新型基礎(chǔ)設(shè)施保障體系和政策支撐體系基本建成，人工智能技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)發(fā)展進入全國第一方陣。事實上，重慶市對人工智能產(chǎn)業(yè)的支持已成持續(xù)之力，這得益于重慶得天獨厚的產(chǎn)業(yè)發(fā)展、地理位置等優(yōu)勢。電子信息作為重慶市的支柱產(chǎn)業(yè)，其核心智能終端的表現(xiàn)形式——筆記本，全世界有1/4～1/3在重慶制造；重慶市還是全中國汽車產(chǎn)量的高地之一，擁有國家級協(xié)同創(chuàng)新平臺和多樣化的地理條件等，使其成為各大汽車技術(shù)研究院所、自動駕駛大賽的青睞之地；同時，重慶還是中國物聯(lián)網(wǎng)的重要聚集地之一，這里聚集了中國移動物聯(lián)網(wǎng)總公司等大批物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的重要企業(yè)和研究基地；與此同時，重慶大學(xué)楊士中院士及領(lǐng)域內(nèi)的前輩在遙感領(lǐng)域積累起來的學(xué)科優(yōu)勢……這些都是周喜川和他的團隊發(fā)展的根基。

一方水土孕育一方人，周喜川和他的團隊成員也希望自己所研能夠回饋父老鄉(xiāng)親，服務(wù)地方經(jīng)濟發(fā)展，這是他們發(fā)自內(nèi)心最誠摯的愿望。

以近年來周喜川及其團隊在AIOT方面所做的努力為例，從安防監(jiān)控到智能網(wǎng)聯(lián)汽車等，人工智能構(gòu)建起令人驚喜的智慧城市，周喜川及其團隊先后在領(lǐng)域內(nèi)搭建起教育部唯一的物理信息社會可信計算重點實驗室和國家級的智慧城市智能網(wǎng)聯(lián)平臺；他們還與華為及領(lǐng)域內(nèi)頭部企業(yè)合作，構(gòu)建嵌入式人工智能國際標準，構(gòu)建RISC-V生態(tài)建設(shè)中心；而在遙感領(lǐng)域，由重慶大學(xué)牽頭建設(shè)的三峽庫區(qū)安全與生態(tài)監(jiān)測重慶實驗室正在謀劃籌建，周喜川及其團隊憑借在感知監(jiān)測方面積累的優(yōu)勢將有機會在其中貢獻力量……他們的目標很明確，就是要解決國家推進人工智能發(fā)展過程中亟須解決的問題，與華為、中電科等企業(yè)合作打造國家的戰(zhàn)略級科研力量。伴隨著一個個創(chuàng)新平臺的搭建和技術(shù)的孵化落地，嘉陵江畔，一派生機勃勃的盎然景象。

成天下之才者在教化——呼朋引伴共創(chuàng)智能未來

重慶大學(xué)類腦感知與普適智能科學(xué)研究院外景規(guī)劃圖

“就目前來講，我國電子信息類的人工智能人才還是非常緊缺的，特別是后摩爾時代，很多問題一個團隊即使有再多的人，解決的也只能是點上的問題，真正要解決問題還是要靠更多的年輕人聚沙成塔。我們的科學(xué)研究不敢說在全中國做得最好，但在人才培養(yǎng)上我們是非常認真的?！薄爸绿煜轮握咴谌瞬?，成天下之才者在教化”，自始至終，周喜川都將人才培養(yǎng)作為一種必備的使命情懷，愿意為其傾力奉獻，而他帶領(lǐng)的研究院也將人才培養(yǎng)作為所在重慶大學(xué)微電子與通信工程學(xué)院的一大平臺來加以建設(shè)和推進。這實際上基于團隊依托的重慶大學(xué)微電子與通信工程學(xué)院在相關(guān)方面積累的優(yōu)良傳統(tǒng)和豐厚底蘊。同時，作為一家設(shè)在西永微電子園區(qū)內(nèi)而非高校內(nèi)的“特殊”研究院，研究院在選址上就透露了它“希望通過產(chǎn)學(xué)融合的方式，服務(wù)國家和成渝雙城經(jīng)濟圈發(fā)展的重大需求，培養(yǎng)高端電子信息類的人工智能人才”這一愿景與初心。研究院既是科研平臺，同時也是電子信息類人工智能高端人才培養(yǎng)的基地。近年來，研究院依托信息物理社會可信服務(wù)計算教育部重點實驗室，聯(lián)合中電科、英特爾及重慶市地方政府共同在西永園區(qū)專門打造了一個類腦感知人才培養(yǎng)基地等，以此服務(wù)重慶市建設(shè)“國家人工智能試驗區(qū)”的重大需求。團隊成員包括一批愿意放棄企業(yè)高薪來到西部高校的港科大、清華畢業(yè)的青年博士。一支有情懷的青年科研團隊正在逐步發(fā)展壯大。

“高校人才培養(yǎng)和科學(xué)研究應(yīng)打破學(xué)校與社會的邊界”，周喜川在培養(yǎng)人才上倡導(dǎo)的理念已經(jīng)貫徹在研究院團隊建設(shè)和教育教學(xué)過程中，也因此收獲了碩果滿園：近年來，周喜川牽頭重慶30多所高校建立了ARM創(chuàng)新人才培養(yǎng)聯(lián)盟，并擔(dān)任秘書長，推動產(chǎn)學(xué)融合雙證人才培養(yǎng)模式創(chuàng)新，200多名重慶大學(xué)本科生獲得ARM工程師認證，該模式已在全國推廣，周喜川因此獲得ARM中國教學(xué)特別貢獻獎，并獲得重慶市教學(xué)成果獎一等獎。如今，越來越多對人工智能懷有學(xué)習(xí)興趣，愿意為國家在相關(guān)領(lǐng)域搶占先機貢獻己力的有志之士在共同理念的牽引之下，加入他們的事業(yè)版圖。

海納百川，兼容并蓄；呼朋引伴，共贏未來。站在后摩爾時代智能感知的浪潮前端，周喜川和他的伙伴們正朝著他們的愿景一步步邁進。風(fēng)正好，揚帆行。