二十年前，大額的算術(shù)運(yùn)算通常需要借助計(jì)算器，街頭時(shí)尚的青年兜里揣著MP3，卡片相機(jī)里存滿(mǎn)生活剪影。而今，一部手機(jī)便可實(shí)現(xiàn)上述所有功能，更不用說(shuō)那些日益智能的、如同科幻電影一般的高科技設(shè)計(jì)。將眾多專(zhuān)用領(lǐng)域融入到一塊高能效的通用人工智能芯片里、使人工智能計(jì)算順利地從云端下沉到邊緣設(shè)備和物聯(lián)網(wǎng)結(jié)點(diǎn)，這是清華大學(xué)微電子所魏少軍教授及其團(tuán)隊(duì)一直追求的目標(biāo)。
今年，魏少軍教授獲得2020年度IEEE（電氣和電子工程師協(xié)會(huì)，是世界上最大的非營(yíng)利性專(zhuān)業(yè)技術(shù)學(xué)會(huì)，致力于電氣、電子、計(jì)算機(jī)工程等領(lǐng)域的開(kāi)發(fā)和研究）產(chǎn)業(yè)先驅(qū)獎(jiǎng)，這既是對(duì)他在當(dāng)代計(jì)算機(jī)和通信系統(tǒng)智能芯片等領(lǐng)域開(kāi)創(chuàng)性貢獻(xiàn)的認(rèn)可，也是對(duì)從設(shè)計(jì)到批量生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的極高市場(chǎng)價(jià)值的肯定。魏少軍表示，這一獎(jiǎng)項(xiàng)是國(guó)際學(xué)術(shù)界對(duì)他所取得的成就和整個(gè)團(tuán)隊(duì)科研能力的認(rèn)可。但科學(xué)永無(wú)止境，他與集成電路的故事未完待續(xù)。
魏少軍認(rèn)為，選擇科研方向要注重“頂天立地，面向主流”?！绊斕臁?，即在思維上站到世界最前沿。古語(yǔ)有云，“不畏浮云遮望眼，自緣身在最高層?！笨蒲械膭?chuàng)新高度取決于眼界的高度，我們要有大刀闊斧改革的勇氣，和時(shí)代并肩，此之謂斷代式創(chuàng)新?！傲⒌亍焙汀爸髁鳌眲t對(duì)研究方向的實(shí)用性提出了更高的要求。人的社會(huì)屬性決定了其所作所為不可能脫離現(xiàn)實(shí)生活，因此高懸云端的科研成果最終需要“落地”，在千家萬(wàn)戶(hù)生根。
僅是確定這個(gè)“頂天立地、面向主流”的研究方向，魏少軍及其團(tuán)隊(duì)就花了三年時(shí)間。從學(xué)術(shù)層面講，芯片小型化有其物理和經(jīng)濟(jì)極限，且現(xiàn)有的芯片在計(jì)算效率、功耗和靈活性方面存在固有的缺陷。所以，架構(gòu)創(chuàng)新可能是實(shí)現(xiàn)芯片智能化的唯一途徑。從產(chǎn)業(yè)層面講，當(dāng)集成電路沿著摩爾定律指示的趨勢(shì)變得越來(lái)越精細(xì)，研發(fā)成本將成為芯片設(shè)計(jì)和制造的最大阻力。此時(shí)，專(zhuān)用芯片已不足以滿(mǎn)足日漸分化的市場(chǎng)需求，架構(gòu)創(chuàng)新同樣會(huì)是突破瓶頸的必要條件。
魏少軍提出的可重構(gòu)計(jì)算架構(gòu)（又名“軟件定義芯片”）的原理在于：根據(jù)不同的應(yīng)用或算法來(lái)配置硬件資源，并將不同硬件資源的互連形成一個(gè)相對(duì)固定的計(jì)算通路，隨后在數(shù)據(jù)流的驅(qū)動(dòng)下完成計(jì)算。通俗來(lái)講，即通過(guò)軟件實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)地定義硬件，更好地適應(yīng)算法的演進(jìn)和硬件功能的選擇，從而把昂貴的研發(fā)費(fèi)用攤銷(xiāo)到不同的應(yīng)用中去。價(jià)格降低后，此類(lèi)芯片可以更容易地被市場(chǎng)接納，遂得以形成良性循環(huán)。以往很多芯片在能效比和通用性上往往不能兩全，而可重構(gòu)計(jì)算架構(gòu)試圖實(shí)現(xiàn)的，是接近中央處理器（CPU）的靈活性和專(zhuān)用集成電路（ASIC）的執(zhí)行效率的完美結(jié)合。
魏少軍最初帶領(lǐng)清華團(tuán)隊(duì)展開(kāi)可重構(gòu)技術(shù)研究時(shí)，整個(gè)集成電路行業(yè)正處在向納米級(jí)邁進(jìn)的前夜，既要面對(duì)技術(shù)突破的重重困難，更要克服捉襟見(jiàn)肘的人才資源。因此，在那時(shí)提出可重構(gòu)技術(shù)的設(shè)想需要極大的定力和勇氣。
現(xiàn)如今，一方面，經(jīng)過(guò)團(tuán)隊(duì)多年的努力，前進(jìn)道路上的技術(shù)難點(diǎn)逐漸得到解決，可重構(gòu)芯片技術(shù)從概念走向成熟，成為諸多應(yīng)用領(lǐng)域的重要技術(shù)手段，也逐漸成為當(dāng)代集成電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域的熱點(diǎn)研究方向。近期，魏少軍團(tuán)隊(duì)又率先將可重構(gòu)多模態(tài)智能芯片從實(shí)驗(yàn)室引入市場(chǎng)，此舉具有無(wú)可非議的前瞻性。另一方面，頂尖人才的培養(yǎng)問(wèn)題仍然道阻且長(zhǎng)。在清華的二十多年，魏少軍也持續(xù)探索集成電路領(lǐng)域的教學(xué)方式。考慮到微納電子的交叉性和實(shí)踐性，他高度重視學(xué)習(xí)方法的傳授，提倡由外部測(cè)試引渡內(nèi)在原理。他將大部分思考的權(quán)力交由學(xué)生，給學(xué)生以必要的支持和適當(dāng)?shù)闹笇?dǎo)。他主張校園為社會(huì)提供具有深厚學(xué)科基礎(chǔ)素質(zhì)的學(xué)子，社會(huì)再將學(xué)生身上的“校園氣”打磨成運(yùn)籌千里的卓識(shí)。唯有如此，方可鑄成科研需要的高層次領(lǐng)軍型人才。他認(rèn)為最優(yōu)秀的學(xué)者必然會(huì)經(jīng)歷篳路藍(lán)縷的跋涉，才能最終登頂、一覽眾山。
“學(xué)如逆水行舟，不進(jìn)則退”，這句話(huà)對(duì)科學(xué)研究來(lái)說(shuō)尤其準(zhǔn)確?！昂芏嗳硕紩?huì)想，逆水行舟太累了，不如順流而下更輕易。”魏少軍笑道，“但其實(shí)，越往下游你的勢(shì)能越小，隨之轉(zhuǎn)化的動(dòng)能就越小，你人生發(fā)展的能力便會(huì)慢慢減弱?！?/p>
逆行的力量在于“敢為天下先”的勇氣和“經(jīng)世致用”的理想。從大唐電信科技產(chǎn)業(yè)集團(tuán)到清華微電子研究所，魏少軍不斷求索著集成電路領(lǐng)域更多的可能性。智能卡芯片存儲(chǔ)架構(gòu)，使我國(guó)企業(yè)發(fā)展實(shí)現(xiàn)了飛躍；基于動(dòng)態(tài)局部重構(gòu)機(jī)制的芯片安全增強(qiáng)技術(shù)，為芯片硬件安全問(wèn)題的解決提供了全新思路；從專(zhuān)用芯片到可變結(jié)構(gòu)通用芯片的架構(gòu)構(gòu)想，解決了芯片靈活性與算力的問(wèn)題。魏少軍不斷地將科幻變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。如他所言，“每突破一個(gè)瓶頸，你都會(huì)看到更廣闊的天地。”
創(chuàng)造來(lái)自智慧，又滋養(yǎng)了智慧。魏少軍談起設(shè)想中的通用人工智能芯片，如同家長(zhǎng)談起自己的孩子：“我們盼望著今后的芯片能夠自己學(xué)習(xí)、成長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)真正的‘人工智慧’?！?/p>
“去沖擊人生的高度，也要去做有用的事?！边@是魏少軍給清華學(xué)生的寄語(yǔ)?！绊斕炝⒌?，面向主流”的科研之路，也正等待著莘莘學(xué)子們奔赴。
