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张韵东 攻坚克难,让“中国芯”成为国之重器

2019-12-10 18:26来源:分分彩APP下载编辑:ZHQ作者:郝涛

  ◎本刊记者 郝涛

  “太兴奋了,基本上一夜没合眼。”即便过去半个多月,张韵东提到和中星微团队一起参加新中国成立70周年国庆观礼时的情景依然神采奕奕。

  张韵东是“星光中国芯工程”的副总指挥,也是中星微创始团队的核心成员。首次受邀参观新中国成立70周年阅兵典礼,他印象最深的是,与之前的阅兵方队相比,此次阅兵方队中增加了很多数字化和信息化的元素,越来越多的高科技都用到了国防领域。

  而最令张韵东自豪的是,就在他观礼区域不远处,中星微自主研发的芯片技术和产品也得到了应用,心潮澎湃的同时,他似乎也能感受到一枚枚闪耀的“中国芯”。

  如今张韵东有很多头衔:中星微集团共同创建人,国家科技进步一等奖获得者,“数字多媒体芯片技术”国家重点实验室执行主任,“星光中国芯工程”副总指挥,神经网络处理器专家等等,但是他最热爱的还是自己的老本行——芯片设计。

  “芯片光靠砸钱是砸不出来的,必须得掌握芯片的规律,贵在坚持。”张韵东说,中星微走过二十载,在智慧安防领域已经成长为国之重器,但未来依然使命在肩,初心不改。

  志同道合的创业团队

  回忆硅谷的时光,张韵东的眼神依然闪亮。

  张韵东是在美国硅谷与邓中翰结识的,除了芯片领域的技术问题,两人经常在一起分享个人追求和梦想。

  最让他们有共识的是:“随着中国国力的增强,半导体行业也将从西方向东方转移,如果有朝一日我们能回国创业,就一定要把握住中国这个市场机遇。”

  邓中翰用行动实践了他的诺言:1999年带领杨晓东、金兆玮回国并创立了中星微。与此同时,张韵东也收到邓中翰发出的邀请。2000年,张韵东加入到了中星微的创业团队中来,出任工程副总裁,主管研发。

  中星微创业初期最大的难题是人才稀缺,与硅谷创业环境不一样的是,国内芯片人才缺乏,但是可塑之才不少。这样一来张韵东身兼数职,作为多媒体芯片的设计与软件开发负责人,他既当领导又当老师,带领这些年轻的IT人边学边干。

  项目进展十分缓慢。“做芯片也像盖房子一样,但我们那时候钢筋、砖头等元器件都缺,小的东西都得自己造。这是最困难的时候。”回忆起那段日子,张韵东感叹:“刚开始培养人才,积累经验确实是一个艰苦的过程,但是我们的“星光一号”研发出来之后,后面的难度就小多了。

  “星光”系列芯片成功后,中星微开始进入手机市场。先从音频开始,张韵东陆续带领团队攻坚克难,开发了全球首个能实现手机64和弦功能的midi芯片,当时中国所有的手机都使用了,芯片产品也被海外多个国家手机市场的知名品牌采用。

  随后,中星微又一鼓作气推出了集成摄像头和音视频处理的“星光”移动芯片。凭借手机市场庞大的体量,芯片的出货量很快就达到了亿万枚。

“星光中国芯工程”10周年成果与展望报告会

  进入安防芯片领域,成为赛道定义者

  市场变幻莫测,电脑摄像头和手机芯片的需求逐渐饱和。中星微意识到必须另寻一个新的市场。在反复的考察和论证后,他们找到了新的方向——安防监控市场。

  然而,让中星微团队感到意外的是,进入新赛道的中星微,除了机遇,更多的是寂寞和孤独。

  客观地说,在SVAC标准问世之前,国内和国际都还没有专门针对安全防范监控应用的视音频编解码标准,已有的视音频编解码标准,都是针对广播电视和大众娱乐方面的多媒体和流媒体应用,并不适用于安全防范领域。随着整个安防产业朝着网络化、高清化、智能化的方向发展,制定安全防范监控需要的视音频编解码标准也就变得至关重要。

  张韵东介绍,长期以来,我国安防监控系统一直采用H.264、MPEG-4等国外标准,核心技术和产品很大程度上依赖国外,国家信息安全存在隐患。各厂家数据格式也不兼容,导致不同部门、不同地区之间的监控信息不能互联互通。另外,这些标准本是针对广播电视的需求而制订的,不能完全满足安防监控应用的特殊性。

  公安部提出了一个需求,希望建立中国自己的安防视频编解码标准,而且在推出之前甚至以后,还有一系列的保密要求和规定。

  “任务艰巨,使命光荣,即便注定长时间坐冷板凳也在所不惜。”张韵东带领团队承接了这个工作,经过一系列的刻苦攻关,2010年8月,中星微电子和公安部第一研究所作为组长单位联合研究制定的《安全防范监控数字视音频编解码技术要求》(简称 SVAC),被批准为国家标准,俗称SVAC1.0标准;2017年6月,国家标准委发布 GB/T25724-2017《公共安全视频监控数字视音频编解码技术要求》,这是SVAC标准2.0版本,“在数据安全方面有更大的保障,图像编码效率进一步提高,同时信息安全等级也更高。”张韵东解释。

  围绕这一标准,还成立了SVAC联盟,包括华为、海康威视等国内主要的近百家安防企业都已加盟。“SVAC标准是公开的,任何企业都可以按照要求进行设计。”

  张韵东表示,SVAC 标准将视音频编解码技术和视频图像智能化目标检测融合起来,称为视频结构化技术,通过对原始视频进行智能分析,实时感知人、车、物身份、特征及行为,将图像智能分析结果和传感器感知的信息插入到视频中一起编码,实现对视频的多元结构化描述。

  十年磨一剑,出鞘必锋芒。以“天网工程”和“雪亮工程”为例,项目每年投资超过千亿元人民币,实现全城覆盖、全网共享、全时可用、全程可控的智能、安全、可信的视频监控网络。以后全国统一的大网络,犯罪嫌疑人将无处可逃。

  “SVAC标准的制定和推出,得益于我们的举国体制优势。”张韵东说,欧美发达国家都无法实现全国范围内安防监控全网覆盖和共享,可以肯定的是中国在安防监控因为有了统一的国家标准,我们的安防监控网络已经领先一步,在某种程度上实现了弯道超车。

  智能摩尔之路及人工智能未来

  根据世界半导体贸易协会(WSTS)数据显示,2018年我国已经成为全球半导体最大的消费市场,而我国芯片行业中主要为芯片设计和封测,制造领域依然较为薄弱。随着人工智能技术和5G以及物联网技术的兴起,我国集成电路产业迎来了前所未有的历史性机遇,5G、物联网、AI、大数据、工业机器人、智能穿戴等新兴产业为半导体行业提供了巨大的驱动力,拥有全球最大的半导体消费市场优势的中国,在剧烈的技术变革中具备换道超车的可能性。

  2016年6月,经过五年多不懈努力和自主创新,数字多媒体芯片技术国家重点实验室在京宣布,中星微推出首款具有深度学习功能的嵌入式神经网络处理器芯片“星光智能一号”。

  这个国家重点实验室的主任是邓中翰,张韵东担任执行主任,也是实验室的具体负责人。两年后,推出第二代深度学习神经网络处理器芯片“星光智能二号”,运算能力相比第一代提高16倍。鉴于此,2018年,中星微首次提出智能摩尔之路(Intelligent Moore)的技术路线。

  基于摩尔定律,众所周知的是,每隔18个月,芯片集成度都会提高一倍,性能都会提高一倍,价格也会下降一半。张韵东表示,“所谓‘智能摩尔’技术路线,是他们通过实验发现,在物理层面智能芯片的发展已经受到了物理规律‘摩尔定律’的限制,在这个背景下,中星微团队提出了“智能摩尔”之路。

  张韵东表示,虽然在物理层面和信号层面都受到物理规律的制约,看似已接近极限,但在信息层面的技术创新还远没有达到极限。而下一次信息革命的关键在于:通过进一步借鉴人脑智慧机制来研究新型人工智能计算方法,达到进一步提升信息处理的“性能/功耗价格”比的目标。

  “智能摩尔技术路线立足于信息处理架构的创新,它在More Moore和 More-Than-Moore之外开创了一个新的创新维度,相互之间不仅不会冲突,而且还能够利用前两个维度的发展进步的成果产生合力,共同推进,大幅度提高产品的整体性能。

  张韵东透露,2020年初将要量产的新一代人工智能处理器(XPU)的性能将达到星光智能第二代的8倍。这些都证明了智能摩尔技术路线指出的在“信息层面的技术创新”能够大幅提升产品的性能, 智能摩尔技术路线的演进和信息技术的基础理论的发展息息相关,“XPU多核异构智能处理器可以在同一芯片内部配备 NPU、DSP、CPU、GPU、FPGA以及特定功能的运算加速算子单元等不同类型的处理器核心并实现了算力共享和内存共享,不同架构的智能化算法能够实现底层、深层次地融合计算。”张韵东表示,相比NPU、GPU这一类深度学习处理器,XPU多核异构智能处理器更适合目前的信息理论发展现状,在实际应用中更灵活、高效,能耗更低。

  长期以来,我们国家的集成电路相对受到西方很多先进制造设备、材料和工艺引进方面的限制。“我们比国际上最先进的、能够买到的设备和制造工艺要晚两代,我们的高端芯片还需要更多的努力,现在机会已经到来。”

  张韵东表示,中星微致力于探索一条推进半导体行业长期发展、推动技术创新的智能摩尔之路。“前路漫漫,我们和行业同仁一起努力!”

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