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回憶起和弟弟陳天石——如今的中科寒武紀科技股份有限公司（以下簡稱寒武紀公司）董事長兼總經(jīng)理一起鉆研深度學習處理器芯片的歲月，中國科學院計算技術(shù)研究所（以下簡稱計算所）副所長、處理器芯片全國重點實驗室主任陳云霽總結(jié)出四個字——“有笑有淚”。

一次“流淚事件”讓人忍俊不禁：兄弟倆曾因一篇論文中一句話的表述爭紅了臉，后來爭吵升級，打了一架。

陳云霽已經(jīng)記不起論文中那句話后來到底采納了誰的意見，只記得最后倆人都雙眼噙滿淚花，互相松開了揪著對方衣領(lǐng)的手。

“親兄弟之間可以放下一切掩飾，坦率面對各種問題，不用給對方留任何情面?！标愒旗V笑著說，“也許正因為這樣，我倆才得以快速推進芯片設(shè)計和人工智能（AI）算法的交叉研究?！?/p>

陳云霽（右）、陳天石兄弟。

1?“你怎么亂改？”

來自江西南昌的陳云霽、陳天石兄弟，都畢業(yè)于中國科學技術(shù)大學（以下簡稱中國科大）少年班，又先后來到計算所深造。

哥哥陳云霽先一步考入中國科大少年班、踏入計算所?！拔覀儌z成長軌跡接近，有必然性，也有巧合?！标愒旗V笑言，“陳天石對我從來是不服氣的。覺得‘我們天天玩在一起，你也不比我聰明，你能上少年班，我也能上’，后面的每一步也是一樣?！?/p>

計算所是兄弟倆“科學家夢”開始的地方。

陳云霽在少年班學的專業(yè)是計算機。當他大四那年聽說計算所在做國產(chǎn)通用處理器（即“龍芯”）時，有過相關(guān)經(jīng)歷的他心里“癢得很”，就想到計算所讀研。

陳云霽本科時成績并不好，“既非最聰明也非最刻苦”，但打心底里對計算機感興趣?！褒埿?號”研制組組長胡偉武注意到這一點，力排眾議招他為研究生，把他帶進“龍芯”研發(fā)團隊。

陳云霽被分在驗證組，主要工作就是編寫測試程序，驗證芯片功能是否正確、能不能“跑得通”。

芯片功能驗證既繁重又枯燥。在芯片模擬器上驗證，速度非常慢，一次操作系統(tǒng)啟動就要兩個星期；發(fā)現(xiàn)了問題還要及時響應(yīng)，和工程師一起查找原因、解決問題。為了提高效率，測試工程師一般同時測試多個任務(wù)。但越是這樣，越需要有人一刻不停地在屏幕前盯著，等待“success”最終跳出來。

“既耗人也耗機器?！标愒旗V說，“點燈熬油、通宵達旦是常態(tài)。”

“這么機械的工作，能不能讓機器替人干？”他想，如果驗證、找錯的活兒都能自動化，那就可以飽飽地睡一覺了。

“懶人”推動科技進步！說干就干，沒過多久，陳云霽就和同事搭建起了基于AI程序的驗證平臺—— 一個用AI方法自動化生成的驗證測試程序。

一開始，驗證程序的質(zhì)量參差不齊，有的效率不夠高，有的找錯能力不行。這時候，正在中國科大研究“演化算法”的陳天石送出了關(guān)鍵“助攻”，通過演化算法，他們逐步提高了自動生成的測試程序質(zhì)量。

“讀博期間我花了很多時間做這件事，后來幾個師弟師妹也加入進來。畢業(yè)后不久，胡偉武老師就讓我做‘龍芯’驗證組的組長。”陳云霽說。

胡偉武是大忙人，但他仍投身一線編程序?qū)懶酒a，負責處理器核里面最復(fù)雜的訪存隊列模塊。然而，驗證組查找出訪存隊列的問題后，經(jīng)常找不到人。陳云霽等不了也閑不住，就根據(jù)自己的理解，一邊琢磨一邊動手修改。

“胡老師的代碼大家都不敢改，一來他寫的是很復(fù)雜的部分，很難懂；二來，改錯了怎么辦？”陳云霽記得，胡偉武有次出差回來看到代碼被改了，就質(zhì)問他：“你怎么亂改？都改錯了?！比缓笠晃逡皇馗嬖V他每一步代碼的邏輯道理。

次數(shù)多了，陳云霽慢慢能把胡偉武的代碼改對了。胡偉武見他積極主動、干勁十足，在他博士畢業(yè)一年后破格讓他成為“龍芯三號”主架構(gòu)師中的一員。

2?“別搞這么虛無縹緲的東西了”

成為“龍芯三號”主架構(gòu)師的陳云霽，知識結(jié)構(gòu)日益豐富。業(yè)余時間他又開始琢磨，怎么把AI和芯片設(shè)計的基礎(chǔ)研究交叉，做一款“聰明的芯片”。

“用智能手段做芯片的驗證測試只是填補國內(nèi)空白，我還是想做一些別人從來沒做過的東西?！标愒旗V說。

2010年，陳天石從中國科大博士畢業(yè)，加入計算所擔任助理研究員。

兄弟重聚，一有空就探討應(yīng)該做什么樣的研究。討論來討論去，最后認定有兩件事“非常好玩”，一件是用AI輔助做處理器芯片的設(shè)計，另一件是做AI芯片。

但那時，AlphaGo還沒有擊敗李世石，英偉達還只是“游戲顯卡”的代名詞，沒有人知道“AI+芯片”會碰撞出什么樣的火花。

而彼時國內(nèi)市場上芯片“造不如買”，自主研發(fā)通用CPU芯片不受重視；AI給人的感覺是“遙遙無期”，更不受待見。因此，兄弟二人想要做的“聰明的芯片”，是“冷門中的冷門”。

他們也沒有“上帝視角”。陳天石回憶，剛來計算所時他的研究方向是AI，加入的又是“龍芯”處理器團隊，當時心里其實特別忐忑，因為這兩個方向“在當時看來完全沒關(guān)系”。

“用一塊芯片加速處理幾乎所有的深度學習算法程序”的想法，無異于天方夜譚。

他們想不通，學生們更想不通?！安恢挂粋€學生勸我們‘別搞這么虛無縹緲的東西了’，他們跟我說‘陳老師要不您還是帶我們做點不那么非主流的東西吧’。”陳云霽說。

他特別理解學生們的心情。當時，他們這個課題連20萬元的項目都申請不下來。一名學生專門做了調(diào)研：國際上完全沒有類似的論文或工作。

“從原始創(chuàng)新的角度看，當你做的東西在國際上沒有任何相似的東西時，這是一件讓人感到無比激動和興奮的事情。但從功利的角度講，這也意味著干這件事的風險非常大。”陳云霽頓了一下說，“這可能需要一些理想主義?！?/p>

他后來在一篇文章中回顧了這段歲月，其中有段話是這樣寫的：“在一個學術(shù)界不認可、工業(yè)界不關(guān)心、難以發(fā)論文、難以申項目的冷門交叉學科方向孤獨前行，就像在一片黑暗中摸索，不知道哪里是方向、哪里是出口，甚至不知道有沒有出口。”

3?“計算所是做大事的地方”

2010年底，在計算所內(nèi)的一次匯報中，兄弟倆向領(lǐng)導報告了做AI芯片的設(shè)想。

他們不知道該怎么講這天方夜譚般的想法，于是描述了一個場景：大家很早就在說有一天機器會替代人開車，但如果開車的機器人在做模式識別的時候速度不夠快，那就完全沒有讓機器開的理由——當它識別出前面路上的燈或者行人的時候，車已經(jīng)撞上去了。所以，它一定要有很強的車載運算能力。

沒想到，這個通俗的比方打動了所領(lǐng)導，并給出了“你們說得有道理”的評價。

這給了兄弟倆繼續(xù)做下去的信心。

2011年，聚焦于前沿技術(shù)探索的“計算機體系結(jié)構(gòu)國家重點實驗室”（以下簡稱國重實驗室）依托計算所成立。在時任計算所所長、國重實驗室主任孫凝暉的支持下，國重實驗室圍繞“非傳統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)方向”設(shè)立了3個研究組，智能處理器團隊（現(xiàn)計算所智能處理器中心）在列。

陳云霽感慨：“在當時的情境下，個人能堅持‘心中的一團火花不熄滅’已屬不易，而孫老師愿意從組織上創(chuàng)建一個新課題組做這樣的研究，就更加難得?！?/p>

對于兄弟倆來說，創(chuàng)立智能處理器團隊的時機恰到好處，因為“如果再晚半年，搶占深度學習處理器研究的國際學術(shù)制高點的機遇，恐怕就錯過了”。

陳云霽記得，2013年的一天，孫凝暉把他叫到辦公室，提出由他擔任智能處理器團隊的課題組負責人（PI），專注于智能處理器的基礎(chǔ)研究。

彼時，陳云霽正處于“科學家和工程師之間的疊加態(tài)”—— 一邊從事通用CPU芯片的工程技術(shù)和產(chǎn)品研制工作，一邊探索智能處理器。顯然，孫凝暉注意到了他這種“難以專注”的狀態(tài)。

“只有專注才能拔尖?！睂O凝暉對他說，“一個人不可能同時做好學術(shù)研究、技術(shù)開發(fā)、產(chǎn)品研制這幾件事，只能分階段來做?！?/p>

面對這位年輕的研究員，孫凝暉為30歲的陳云霽做了長遠打算：“計算所是做大事的地方，研究員僅僅是做大事的起點。要想在市場、用戶那里占有一席之地，還得有超過別人的創(chuàng)新和優(yōu)勢。”

這次深入談話改變了陳云霽的職業(yè)生涯。從那之后，他堅定了信念，再也沒有過任何動搖。

4?“中文發(fā)音的芯片”

沉下心后，他們用詳盡實驗得出的實際數(shù)據(jù)，扎扎實實地證明了深度學習處理器的巨大潛力。陳云霽說，他沒想到，這些成果產(chǎn)生了他們不曾想象的學術(shù)影響力。

2014年是兄弟倆豐收的一年。在2014年3月召開的國際頂級學術(shù)會議ASPLOS上，他們和合作伙伴、計算所客座研究員Olivier Temam的成果——《DianNao：一種小尺度的高吞吐率機器學習加速器》獲得了最佳論文獎。這是中國乃至亞洲科研機構(gòu)首次在計算機系統(tǒng)和高性能計算領(lǐng)域頂級國際會議上獲得最佳論文獎。

陳云霽（左）、陳天石兄弟參加論壇活動。

這次獲獎完全在陳云霽意料之外。ASPLOS的頒獎宴會，他和Temam一開始沒打算去，因為“沒想過獲獎這種事跟我們有什么關(guān)系”。當獲獎?wù)呓視詴r，他還在“埋頭苦吃”，根本沒注意臺上在說什么，直到發(fā)現(xiàn)和他一桌的學者都停下刀叉，微笑望著他和Temam。

那一刻他突然“蒙了”，走上臺接過獎牌時依然是一臉茫然。他上一次有這種“怎么可能”的震驚心情，還是在高中校運會獲得3000米跑冠軍的時候。

2014年12月，《DaDianNao：一種機器學習超級計算機》獲處理器架構(gòu)領(lǐng)域另一個頂尖學術(shù)會議MICRO最佳論文——這是MICRO自1963年創(chuàng)辦以來，首次有美國以外國家的學者獲該獎項。

一下子拿到兩個計算機體系結(jié)構(gòu)頂會的最佳論文，兄弟倆才終于意識到，他們蹚出了一條前人不曾涉足的路。

DianNao和DaDianNao在國際上開創(chuàng)的深度學習處理器方向，已經(jīng)成為國際計算機體系結(jié)構(gòu)研究的主流。這兩篇論文的他引很快達到數(shù)千次，施引者遍及全球數(shù)十個國家、數(shù)百個科研機構(gòu)。其中，英偉達是引用最多的機構(gòu)之一。《科學》雜志刊文評價這項工作是深度學習處理器的“先驅(qū)”和“引領(lǐng)者”。

“DianNao”和“DaDianNao”的名字和發(fā)音曾讓國外同行大費周章。一般在國際上發(fā)表研究成果，取名字時都會選一個英語語系里的名字。但兄弟倆反其道而行之，使用中文拼音命名，寓意“電做的大腦”，表達“AI”之義。參加國際會議時，他們經(jīng)常要給外國同行糾正發(fā)音，特別是三聲的“腦”，讓許多外國人卷著舌頭重復(fù)了好多遍。

在他們看來，這兩個名字獨具魅力，“因為此前沒有中文發(fā)音的芯片”。

5?“寒武紀大爆發(fā)”

最佳論文到手后，孫凝暉問兄弟倆：“你們能做出真正的深度學習處理器芯片嗎？”

在國重實驗室，有個不成文的共識——重視論文，但絕不止于發(fā)表論文，要更重視技術(shù)發(fā)明和原型系統(tǒng)，將成果實際應(yīng)用于產(chǎn)業(yè)。孫凝暉此問，其實是勉勵他們做出真正的AI芯片。

事實上，在2014年5月31日將DaDianNao論文投稿后，陳云霽就帶著一群研究生坐綠皮火車晃蕩著去了成都—— 一邊放松，一邊著手準備原型芯片的研制。

那幾天，他們晚上在成都的街頭尋訪美食，白天在大學里找間沒人的教室討論芯片研制問題。

回到北京，在中國科學院主管部門和計算所的支持下，課題組全面投入緊張的芯片研制工作。即便已在“龍芯”團隊身經(jīng)百戰(zhàn)，作為新PI的陳云霽還是感受到了責任之重。

在實驗室一間不足30平方米、被戲稱為“小黑屋”的玻璃房里，擠滿了智能處理器團隊的成員，幾乎每張1.5米長的桌子前都要坐兩個人，擁擠喧鬧、熱火朝天是常態(tài)。2015年，國際上第一顆深度學習處理器原型芯片的一次流片成功，就是在這里揭曉的。

陳云霽、陳天石都清晰記得那顆芯片流片回來的晚上——

“我們聚在‘小黑屋’里，把芯片和調(diào)試主機的串口連通后，調(diào)試主機屏幕上很快就跳出了深度學習測試結(jié)果正確的信息?！?/p>

接下來就是陳云霽的“個人秀”，他隨手抓起身旁的拖把，即興和學生們表演了一段“舞槍弄棒”。

初為PI的不安感，在那一刻消散了。

陳云霽說，之所以給芯片取名“寒武紀”，最初寓意是這個項目只是一個基礎(chǔ)性支撐，表明它是一個非常早期的起點——就如寒武紀那個遙遠而原始的時代一樣。陳天石也說，寒武紀芯片想做的是“未來無處不在的AI應(yīng)用的墊腳石”。

他們沒想到，這個領(lǐng)域的大爆發(fā)來得迅猛且快速。

2016年春，谷歌公司研發(fā)的AlphaGo一戰(zhàn)成名，AI迅速在全世界掀起浪潮。同年，在計算所和風險投資機構(gòu)的支持下，寒武紀公司成立。

2017年，打上“真正的AI手機”標簽的華為Mate10在“寒武紀芯片”的助攻下取得巨大成功?！昂浼o1A處理器”也成為首款商用深度學習專用處理器。

陳天石展示寒武紀1A芯片。

寒武紀1A原型芯片。

2020年7月20日，寒武紀公司在科創(chuàng)板掛牌上市，上市首日即突破千億元市值。從正式遞交招股書到正式敲鐘上市，寒武紀公司僅用了116天，成為國內(nèi)AI芯片第一股。

寒武紀公司在上海證券交易所“敲鐘”，登陸科創(chuàng)板（左一為陳天石）。計算所供圖

如今將工作重心轉(zhuǎn)向科研管理和基礎(chǔ)研究的陳云霽，已接替孫凝暉，擔任處理器芯片全國重點實驗室（由計算機體系結(jié)構(gòu)國家重點實驗室重組而成）的主任。每當路過“小黑屋”看到里面擠滿了熱火朝天工作的同事和學生時，他的心中仍會升騰起一股熱流。

“寒武紀”的初心，始終沒有忘記。

（原載于《中國科學報》?2024-09-19?第4版?專題）