前言

人工智能（Artificial Intelligence，AI）正在影響各行各業，并將極大地影響人們的工作和生活。而AI技術的核心之一就是AI芯片。從利用圖形處理器作為最初的深度學習加速芯片開始，到專門為AI定制的五花八門的專用芯片，在短短幾年的時間里，AI芯片就飛速發展成為一個新興的產業。各大公司和研究機構、高等院校紛紛成立專門的AI研究機構，研究AI算法、模型和硬件（即AI芯片），有的大學甚至還為本科生開設了AI課程，以培養社會急需的AI人才。

從最初深度學習加速器的產業化，到基于神經形態計算的類腦芯片迅速發展，AI芯片在數年內取得了巨大進步。在未來5年或更長時間內，我們期待基于新型存儲器、利用存內計算的深度學習AI芯片能夠產業化，同時期待類腦芯片逐漸取代深度學習AI芯片。按照現在的技術發展軌跡，我們或許可以預測10～20年后AI芯片的形態：除了比現在強大得多的性能、極低的功耗外，它將不是現在這樣硬邦邦的一塊硅片，而可能是可彎曲、可折疊甚至全透明的薄片，可以隨時按需打印，可以植入人類體內，甚至可能是一種用蛋白質實現或依照DNA計算、量子計算原理設計的AI芯片。

在這樣一個科技飛速發展的時代，顛覆性的創新（包括基礎理論的創新）正不斷出現。AI的發展包含了兩個并行發展和演進的領域：一個是“AI發現”領域，這個領域包含了不斷在創新的新型神經網絡和算法；另一個是“AI實現”領域，即如何通過芯片用最佳的架構、電路、器件和新的材料實現算法。如果要在核心關鍵技術方面迎頭趕上，我們必須加強上述兩個領域的基礎研究和應用研究。

在這樣的形勢下，關于AI的研究成果和專利正呈現出爆炸式的增長，每個月、每周，甚至每天都會出現大量新的創想、新的論文，而基于新算法所實現的AI芯片，也已達到令人“眼花繚亂”的地步。AI領域不再是前幾年只有幾棵“大樹”的景況，如今它已經變成了一片遼闊的“森林”。對在該領域工作的研發人員來說，先到這片“森林”中去逛一逛，再回過頭來培育自己的“大樹”或“樹苗”，一定能有所獲益。以此為初衷，本書對AI芯片領域的理論現狀和發展進行了梳理，旨在帶領讀者俯瞰AI這片“森林”中AI芯片一隅的概貌，以了解AI芯片當前最新的研發情況、技術進展和一些新的研究方向。作者也基于多年經驗，給出了對未來幾年的展望，希望幫助廣大讀者對這個領域的知識和發展有進一步的認識。

人民郵電出版社賀瑞君編輯對書稿進行了精心審讀，提出了寶貴的意見；出版社其他工作人員也為本書作了大量努力，讓本書得以較快與讀者見面，在此謹向他們表示最誠摯的感謝！

AI芯片的研究工作和產業化正在以日新月異的速度向前推進，這是一個涉及面非常廣的技術領域，作者也在不斷探索中。因作者水平有限，書中難免有疏漏與謬誤之處，敬請業界同行和讀者指正。

張臣雄

2020年9月