挑战铸就中国芯——记中国工程院院士邓中翰

文 胡玉枝（北京）

在国家工信部（原信息产业部）的直接领导下，在财政部、科技部、国家发改委等有关部门的支持下，邓中翰在北京中关村承担并启动了国家“星光中国芯工程”，担任工程总指挥，开启了回国创新创业的新历程。

什么是我国每年进口额最高的物资？这恐怕很多人都不清楚。

“每年我国进口的最大物资不是石油天然气，也不是粮食，而是芯片。据了解，每年我国芯片的进口额多达两千多亿美元，折合一万多亿人民币。而芯片安全，关乎着信息安全、国家安全，核心技术无法从国外购买，只能依靠自主创新。”一语惊醒国人的，是在2018年全国“两会”中当选第十三届全国政协委员的邓中翰。

邓中翰，中国工程院院士，第十三届全国政协委员，第十三届全国政协教科卫体专委会委员，欧美同学会副会长，“星光中国芯工程”总指挥，数字多媒体芯片技术国家重点实验室主任，中星微集团首席科学家。他本科毕业于中国科技大学，后留学美国加州大学伯克利分校，获电子工程学博士、物理学硕士和经济学硕士学位。

1999年10月，邓中翰应邀回国参加建国50周年国庆观礼，并受到了党和国家领导人的亲切接见和殷切召唤。为了祖国集成电路事业的起步，邓中翰毅然放弃了在美国的成功事业和优裕生活。在国家工信部（原信息产业部）的直接领导下，在财政部、科技部、国家发改委等有关部门的支持下，邓中翰在北京中关村承担并启动了国家“星光中国芯工程”，担任工程总指挥，开启了回国创新创业的新历程。

回国创业满载荣誉，为国效力不忘初心

作为“星光中国芯工程”总指挥，邓中翰多年来一直在一线带领团队进行超大规模集成电路芯片的研发设计产业化工作，成功组建了芯片技术国家重点实验室，积极探索并引入硅谷机制，创建了中星微电子公司，吸引了逾百位优秀海外留学人员回国工作。

经过艰苦努力，邓中翰带领团队取得了数据驱动并行计算架构等十五大核心技术的重大突破，申请了3000多项国内外专利，成功开发了全球第一款应用于个人计算机图像输入处理的单晶片、高性能、低功耗超大规模集成电路，这是我国第一个大规模打入国际市场的“中国芯”，占据了该领域全球60%以上的市场，市场份额位居第一，被苹果、三星、惠普、索尼、LG、联想、华为等科技巨头采用，并荣获2004年“国家科技进步一等奖”。

2005年，中星微国际公司成为我国第一家在美国纳斯达克上市的芯片设计核心技术企业，并荣获全球半导体设计协会年度大奖。

在“星光中国芯工程”成立十周年之际，党和国家领导人发来贺信：“你和你的同事们怀着赤子之心、报国之志，十年拼搏，自主创新，打破了国外芯片产品的垄断地位，使我国集成电路芯片第一次在一个重要应用领域占有一席之地，在国际上彻底结束了中国无‘芯’的历史。在你们创业十周年之际，谨向你们表示热烈祝贺！望你们从新的历史起点出发，再创新的辉煌。”邓中翰也因在“星光中国芯工程”中的工作成绩成为全国劳动模范，并于2009年当选为中国工程院历史上最年轻的院士。

多年来，邓中翰为国家和社会的改革、建设、发展发挥了积极的作用。他兼任了第十三届全国政协委员，第十三届全国政协教科卫体专委会委员，第十一届和十二届全国人大代表，第十二届全国人大教科文卫委员，第八届中国科协副主席，第十一届全国青联副主席，欧美同学会副会长，全国音视频及多媒体系统与设备标准化技术委员会副主任委员等职务，在组织安排下，先后参加了中共中央党校、井冈山干部学院、延安干部学院等培训班。多次受到习近平同志的亲切接见。

对已经满载荣誉的邓中翰来说，为国家的实际需要贡献出自己的智慧和专业能力，是矢志不渝的追求。

2012年，他带领“星光中国芯工程”团队承担国家物联网领域的攻关任务，为国家电网大范围解决南方冰雪灾害治理与预防问题发挥了关键作用，并藉此于2013年再次带领团队荣获“国家科技进步一等奖”。

攻关自主可控技术标准，维护国家信息安全

为保障国家信息安全，邓中翰带领“星光中国芯工程”团队与公安部第一研究所作为联合组长单位牵头攻关，先后推出两代具有我国自主知识产权、技术达到国际领先水平的SVAC国家标准（国标号：GB/T 25724-2010、GB/T 25724-2017）和公共安全视频联网技术国家强制标准（国标号：GB 35114-2010、GB 35114-2017），以及多次迭代的基础编解码芯片，搭建起我国自主可控的从芯片、算法、终端设备、系统平台到整体解决方案的安防产业链，为更好地保障国家安全、公共安全和信息安全做出了基础性、战略性贡献，为全面建成“全域覆盖、全网共享、全时可用、全程可控”的公共安全视频信息网络奠定了坚实的技术基础。

习近平总书记多次强调，关键核心技术是要不来、买不来、讨不来的。只有把关键核心技术掌握在自己手中，才能从根本上保障国家经济安全、国防安全和其他安全。

“公共安全视频信息的传输，要像国家电网一样没有后门，否则损失不可估量。”邓中翰说，SVAC国家标准具有自主知识产权，采用我国自主核心编解码芯片，没有可被国外控制的“后门”、不受制于人，确保自主可控。“星光中国芯工程”坚决不用国外专利，在很长时间中自主研发，因而承担“星光中国芯工程”的中星微能够在2005年NASDAQ上市后，经历国际市场的考验，十多年间没有专利、知识产权纠纷。

深耕视觉图像处理人工智能芯片

邓中翰深知，视觉是人类最大的信息采集通道，83%的人类信息是通过视觉获得的，同理适用于人工智能的信息采集。通过图像感知获得的数据，是人工智能进行学习和推断的基础，也是最难结构化获取的数据。而公共安全视频信息处理是大数据最好的试验场，是公认的人工智能落地最快的场景，是我国在人工智能及人工智能芯片技术上“领跑”的无人地带和突破口。

在升级版的SVAC 2.0国家标准对视频图像数据编解码核心芯片的智能化提出更高性能要求的指引下，邓中翰带领“星光中国芯工程”在视觉图像处理人工智能芯片领域展开扎实的研发工作。

2016年6月，“星光中国芯工程”团队发布了全球首颗具备深度学习人工智能的嵌入式神经网络处理器（NPU），命名为“星光智能一号”，并成功实现量产。该芯片拥有深度学习能力，采用数据驱动并行计算架构，而非传统的冯·诺依曼架构。邓中翰在读博士时期就提出采用这种新的架构，并将其应用在后来的很多产品中。这种采用数据流（Dataflow）架构的处理器，提升了计算能力与功耗比。高效率的数据组织、共享和搬移方式，适合神经网络的大量数据的算法特点，同时还支持级联方式，可以满足复杂的运算需求。另外，还针对神经网络架构进行优化，可以灵活配置网络结构，支持AlexNet、GoogleNet等几类神经网络，支持Caffe算法和Tensor Flow等主流深度学习软件开发框架，适应了大数据时代的需求。在“星光中国芯工程”的十五大核心技术中，第一个就是数据驱动并行计算架构技术。

2018年11月，邓中翰带领“星光中国芯工程”团队打造的最新人工智能芯片成果——“星光智能二号”，获评在第五届世界互联网大会进行成果展示。

“星光智能二号”嵌入式神经网络处理器（NPU-II），采用数据驱动并行计算的深度学习神经网络算法架构，产品运算性能高、功耗低、形状因子小，峰值运算能力达到1TMac/s，运算频率最高可达1Ghz，运算单元数量是第一代NPU的8倍,兼具大数据深度学习和小数据样本学习能力，集成了图像处理单元和数据加密/解密模块，完美满足公共安全SVAC 2.0国家标准（GB/T 25724-2017）的技术要求，可广泛使用在智能家居系统、安防监控系统、无人值守系统、无人驾驶系统、无人作战装备等领域。同月，“星光智能二号”人工智能芯片还荣获由EE Times主办的全球双峰会颁发的“2018全球电子成就奖最佳处理器产品奖”。

“新一代星光智能中国芯”轮廓正在变得清晰

当前，业界专家普遍认为，半导体制造工艺已逼近香农定理、摩尔定律的极限，而应对大流量、低延时处理需求的新理论有待研究。

如果在后摩尔定律时代，继续提升芯片性能，满足在更短时间内处理海量数据的需求，也是邓中翰时刻思考的问题。在邓中翰的脑海中，始终萦绕着如何兼顾大数据应用场景及小数据应用场景，如何以单芯片兼顾抽象逻辑思维模式与具象思维模式，如何同时处理规则驱动的传统智能算法以及数据驱动的深度学习算法，如何在后摩尔定律时代继续提升性能功耗比等推动芯片技术持续发展的重要问题。

对于这些问题，邓中翰已经有了初步的解决思路。

他透露，“星光中国芯工程”团队将在信息处理的方法与芯片架构上进行创新，从过去利用CPU/DSP进行传统算法的运算，到目前用NPU进行深度学习运算，再到未来利用“多核异构智能处理器”进行多模式的算法运算，包括逻辑推理、规则驱动的算法、数据驱动的算法。通过算法与处理器架构的改进，不断提升性能/功耗比，从而延续摩尔定律的生命周期。

谈到今后的研究方向，邓中翰说，他将带领“星光中国芯工程”团队开展“多核异构人工智能处理器”的研究，为在后摩尔定律时代不断提升信息处理能力探索一条行之有效的自主创新之路，早日打造出更加接近生物人脑工作机理、更低功耗、更高运算性能的“新一代星光智能中国芯”。