内容提要

本书从人工智能（AI）的发展历史讲起，介绍了目前非常热门的深度学习加速芯片和基于神经形态计算的类脑芯片的相关算法、架构、电路等，并介绍了近年来产业界和学术界一些著名的AI芯片，包括生成对抗网络芯片和深度强化学习芯片等。本书着重介绍了用创新的思维来设计AI芯片的各种计算范式，以及下一代AI芯片的几种范例，包括量子启发的AI芯片、进一步提升智能程度的AI芯片、有机自进化AI芯片、光子AI芯片及自供电AI芯片等。本书也介绍了半导体芯片技术在后摩尔定律时代的发展趋势，以及基础理论（如量子场论、信息论等）在引领AI芯片创新方面发挥的巨大作用。最后，本书介绍了AI发展的三个层次、现阶段AI芯片与生物大脑的差距及未来的发展方向。

本书可供AI和芯片领域的研究人员、工程技术人员，科技、产业决策和管理人员，创投从业者和相关专业研究生、本科生以及所有对AI芯片感兴趣的人士阅读参考。

前言

人工智能（Artificial Intelligence，AI）正在影响各行各业，并将极大地影响人们的工作和生活。而AI技术的核心之一就是AI芯片。从利用图形处理器作为最初的深度学习加速芯片开始，到专门为AI定制的五花八门的专用芯片，在短短几年的时间里，AI芯片就飞速发展成为一个新兴的产业。各大公司和研究机构、高等院校纷纷成立专门的AI研究机构，研究AI算法、模型和硬件（即AI芯片），有的大学甚至还为本科生开设了AI课程，以培养社会急需的AI人才。

从最初深度学习加速器的产业化，到基于神经形态计算的类脑芯片迅速发展，AI芯片在数年内取得了巨大进步。在未来5年或更长时间内，我们期待基于新型存储器、利用存内计算的深度学习AI芯片能够产业化，同时期待类脑芯片逐渐取代深度学习AI芯片。按照现在的技术发展轨迹，我们或许可以预测10～20年后AI芯片的形态：除了比现在强大得多的性能、极低的功耗外，它将不是现在这样硬邦邦的一块硅片，而可能是可弯曲、可折叠甚至全透明的薄片，可以随时按需打印，可以植入人类体内，甚至可能是一种用蛋白质实现或依照DNA计算、量子计算原理设计的AI芯片。

在这样一个科技飞速发展的时代，颠覆性的创新（包括基础理论的创新）正不断出现。AI的发展包含了两个并行发展和演进的领域：一个是“AI发现”领域，这个领域包含了不断在创新的新型神经网络和算法；另一个是“AI实现”领域，即如何通过芯片用最佳的架构、电路、器件和新的材料实现算法。如果要在核心关键技术方面迎头赶上，我们必须加强上述两个领域的基础研究和应用研究。

在这样的形势下，关于AI的研究成果和专利正呈现出爆炸式的增长，每个月、每周，甚至每天都会出现大量新的创想、新的论文，而基于新算法所实现的AI芯片，也已达到令人“眼花缭乱”的地步。AI领域不再是前几年只有几棵“大树”的景况，如今它已经变成了一片辽阔的“森林”。对在该领域工作的研发人员来说，先到这片“森林”中去逛一逛，再回过头来培育自己的“大树”或“树苗”，一定能有所获益。以此为初衷，本书对AI芯片领域的理论现状和发展进行了梳理，旨在带领读者俯瞰AI这片“森林”中AI芯片一隅的概貌，以了解AI芯片当前最新的研发情况、技术进展和一些新的研究方向。作者也基于多年经验，给出了对未来几年的展望，希望帮助广大读者对这个领域的知识和发展有进一步的认识。

人民邮电出版社贺瑞君编辑对书稿进行了精心审读，提出了宝贵的意见；出版社其他工作人员也为本书作了大量努力，让本书得以较快与读者见面，在此谨向他们表示最诚挚的感谢！

AI芯片的研究工作和产业化正在以日新月异的速度向前推进，这是一个涉及面非常广的技术领域，作者也在不断探索中。因作者水平有限，书中难免有疏漏与谬误之处，敬请业界同行和读者指正。