#聚焦科技馆# 【同样是太阳能发电，为什么光热发电一直“默默无闻”】
在已知的清洁能源中，太阳能无疑是目前地球上可以开发的、储量最多的可再生能源。提起太阳能利用，大家首先会想到的是光伏发电，毕竟，太阳能汽车、太阳能充电宝等我们在平常生活中就可以看到。其实，太阳能还有另一种利用方式，太阳能光热发电。
了解光热，记住光热
光伏发电、光热发电，都是利用太阳能发电，差别在于，利用的原理不同。
光生伏特效应是太阳能光伏发电的基本原理，而太阳能电池是完成太阳能到电能转换的载体。太阳能电池是一种含有P-N结的半导体材料，P-N结可以吸收太阳光，并在内部建立电场，当在电场两侧接入一定的负载时，负载上就会产生电流，整个过程就是太阳能光伏发电的基本原理。
而太阳能光热发电的原理是，通过反射镜将太阳光汇聚到太阳能收集装置，利用太阳能加热收集装置内的传热介质（液体或气体），再加热水形成蒸汽带动或者直接带动发电机发电。
简要来说，太阳能光热发电分为三个环节，集热环节、利用太阳能加热导热介质、最后通过导热介质带动发动机发电。而相应的针对各个环节，都有不同的方法进行科学的不断尝试来形成最优设计，如：集热环节主要有槽式、塔式、碟式、涅菲尔式等4种；导热工质一般采用水、矿物油或者熔盐；最后可通过水蒸汽朗肯循环、CO2布雷顿循环或者斯特林发动机等发电。
那么太阳能光热发电究竟是怎么运行的呢？我们将用一个已经投入运作的示范项目进行详细说明。
（图1）
图片来源：参考资料1
首先，这种太阳能电厂由定日镜组成。定日镜受电脑的控制，跟随太阳转动，可以将一天的日光都反射到中心点。定日镜占地面积小，可以被单独放置，并且无需深固的地基就可以适应地形。发电厂包括成百上千的定日镜，它们可以通过WIFI互相连接以提高效率，将阳光反射聚集到塔顶上一个叫做接收器的大型热交换器上。
（图2）
图片来源：参考资料1
在接收器内，熔盐流体可通过管道的外壁吸收聚集在此处的阳光中的热量。在此项技术中，熔盐能从500华氏度被加热到1000华氏度以上。因为熔盐在熔融态下可保持较宽的工作温度范围，允许系统在低压工况下，出色、安全地实现能量的吸收和存储，所以它是一种理想的吸热介质。
（图3）
图片来源：参考资料1
经过吸热器后，熔盐沿着塔内的管道向下流动，然后进入储热罐。
（图4）
图片来源：参考资料1
之后，能量以高温熔盐的形式被存储下来以备不时之需。该技术的优点是液态熔盐既可以收集能量，还可以将能量收集与发电分离。
（图5）
图片来源：参考资料1
当白天或晚上需要用电时，水箱中的水和高温熔盐分别流入蒸汽发生器，从而产生蒸汽。
（图6）
图片来源：参考资料1
一旦熔盐用于产生蒸汽后，冷却的熔盐经管道回冷储罐，然后再次流回吸热器，随着过程的继续重新被加热。
（图7 8）
图片来源：参考资料1
蒸汽在驱动汽轮机之后，会被冷凝回水，然后返回储水箱，必要时它将流回蒸汽发生器。
（图9 10）
图片来源：参考资料1
这样高质量的过热蒸汽驱动汽轮机以最高效率运行，以便在用电需求高峰时段产生可靠持续的电力。蒸汽产生的过程与常规火电或核电厂中的过程相似，不同点是完全可再生的且废料和有害排放为零。即使天黑了，电厂仍可按需从可再生的太阳能中提供可靠的电力。
（图11）
图片来源：参考资料1
以上就是一组太阳能光热发电系统整个的运作过程，不知道大家有没有对光热发电有更深入的了解呢？
那么，同样是太阳能发电，为什么光热发电一直“默默无闻”？光热发电明明在科学界中具有一定的探索价值，为什么在人类的日常生活中却没有得到广泛的应用呢？
光热发电vs光伏发电，二者孰优孰劣？
同一种能源的利用，却产生了不一样的亲民性，这是与光热发电和光伏发电各自的优劣势是分不开的。
从集热环节思考，光热发电对于应用地域的要求是高于光伏发电的。光热发电顾名思义就是以热度为标准，需要高温度的辐照，而光伏发电对热度一般没有那么高的要求。我们所适应居住的地点，太阳能辐射强度不足以用于建设光热电站。因此在日常生活中，我们对于光热发电并不熟悉。
从导热介质环节思考，光热发电所使用的熔盐等物质，成本低、价值高、可持续利用，是优于高成本、低寿命的光伏电池的。因此，光热发电的能量储存能力远高于光伏发电。同时，光热发电由于储能效果好，在接入电网时，受到天气环境因素的影响就会小，对电网负荷波动的响应会低。因此，在发电的可调度性上，光热发电更优于光伏发电。
从导热介质带动发动机发电环节思考，光伏发电只需要进行光电转化，而光热发电是经过光电转化后还要进行光热的转化，可见光热的发电步骤更复杂。
不过，光热发电多出的一个环节可应用于其他方面。例如光热发电产生的热度可以降低海水盐度，淡化海水，同时也可以应用于工业生产中。这说明光热发电比光伏发电的应用领域更广。
但同时，多经历一个环节，对科学技术掌握的要求也就更高，运用到实际工程领域的难度也就越大。光热发电难度高于光伏发电，且我国的光热发电研发起步也晚于光伏发电，因此，光热发电的技术仍然在不断健全和完善中。
正所谓原理产生差异，因此各有优劣。那就更需要相互努力，光热发电和光伏发电还有很长的路要走。
道阻且长，未来仍需努力
对于当前能源、资源和环境等问题来说，太阳能源是一种十分有效的解决途径。自太阳能被发现利用以来，能源短缺的现象得到了一定程度的缓解，太阳能的各种优点特性使其在众多能源领域中具有无可替代的地位。
作为两种主要的太阳能利用方式，太阳能光热发电技术与太阳能光伏发电技术优势不同，应用领域也不同，有各自的优势和发展前景。在太阳能发电发展比较好的地方，应该既有光热发电系统，又有光伏发电系统。长期来看，两者是互补关系。
虽然光热发电技术由于某些原因的限制不被大家所熟知，但是在成本、能源的消耗、应用范围、存储状况这些方面，光热发电都是相对较优选择。我们有理由相信，总有一天，无论是太阳能光伏发电技术还是太阳能光热发电技术都将会成为人类科技持续、协调，稳定发展的支柱。
参考资料：
1、https://t.cn/A6qIyppt
（内容转自科普中国）
在已知的清洁能源中，太阳能无疑是目前地球上可以开发的、储量最多的可再生能源。提起太阳能利用，大家首先会想到的是光伏发电，毕竟，太阳能汽车、太阳能充电宝等我们在平常生活中就可以看到。其实，太阳能还有另一种利用方式，太阳能光热发电。
了解光热，记住光热
光伏发电、光热发电，都是利用太阳能发电，差别在于，利用的原理不同。
光生伏特效应是太阳能光伏发电的基本原理，而太阳能电池是完成太阳能到电能转换的载体。太阳能电池是一种含有P-N结的半导体材料，P-N结可以吸收太阳光，并在内部建立电场，当在电场两侧接入一定的负载时，负载上就会产生电流，整个过程就是太阳能光伏发电的基本原理。
而太阳能光热发电的原理是，通过反射镜将太阳光汇聚到太阳能收集装置，利用太阳能加热收集装置内的传热介质（液体或气体），再加热水形成蒸汽带动或者直接带动发电机发电。
简要来说，太阳能光热发电分为三个环节，集热环节、利用太阳能加热导热介质、最后通过导热介质带动发动机发电。而相应的针对各个环节，都有不同的方法进行科学的不断尝试来形成最优设计，如：集热环节主要有槽式、塔式、碟式、涅菲尔式等4种；导热工质一般采用水、矿物油或者熔盐；最后可通过水蒸汽朗肯循环、CO2布雷顿循环或者斯特林发动机等发电。
那么太阳能光热发电究竟是怎么运行的呢？我们将用一个已经投入运作的示范项目进行详细说明。
（图1）
图片来源：参考资料1
首先，这种太阳能电厂由定日镜组成。定日镜受电脑的控制，跟随太阳转动，可以将一天的日光都反射到中心点。定日镜占地面积小，可以被单独放置，并且无需深固的地基就可以适应地形。发电厂包括成百上千的定日镜，它们可以通过WIFI互相连接以提高效率，将阳光反射聚集到塔顶上一个叫做接收器的大型热交换器上。
（图2）
图片来源：参考资料1
在接收器内，熔盐流体可通过管道的外壁吸收聚集在此处的阳光中的热量。在此项技术中，熔盐能从500华氏度被加热到1000华氏度以上。因为熔盐在熔融态下可保持较宽的工作温度范围，允许系统在低压工况下，出色、安全地实现能量的吸收和存储，所以它是一种理想的吸热介质。
（图3）
图片来源：参考资料1
经过吸热器后，熔盐沿着塔内的管道向下流动，然后进入储热罐。
（图4）
图片来源：参考资料1
之后，能量以高温熔盐的形式被存储下来以备不时之需。该技术的优点是液态熔盐既可以收集能量，还可以将能量收集与发电分离。
（图5）
图片来源：参考资料1
当白天或晚上需要用电时，水箱中的水和高温熔盐分别流入蒸汽发生器，从而产生蒸汽。
（图6）
图片来源：参考资料1
一旦熔盐用于产生蒸汽后，冷却的熔盐经管道回冷储罐，然后再次流回吸热器，随着过程的继续重新被加热。
（图7 8）
图片来源：参考资料1
蒸汽在驱动汽轮机之后，会被冷凝回水，然后返回储水箱，必要时它将流回蒸汽发生器。
（图9 10）
图片来源：参考资料1
这样高质量的过热蒸汽驱动汽轮机以最高效率运行，以便在用电需求高峰时段产生可靠持续的电力。蒸汽产生的过程与常规火电或核电厂中的过程相似，不同点是完全可再生的且废料和有害排放为零。即使天黑了，电厂仍可按需从可再生的太阳能中提供可靠的电力。
（图11）
图片来源：参考资料1
以上就是一组太阳能光热发电系统整个的运作过程，不知道大家有没有对光热发电有更深入的了解呢？
那么，同样是太阳能发电，为什么光热发电一直“默默无闻”？光热发电明明在科学界中具有一定的探索价值，为什么在人类的日常生活中却没有得到广泛的应用呢？
光热发电vs光伏发电，二者孰优孰劣？
同一种能源的利用，却产生了不一样的亲民性，这是与光热发电和光伏发电各自的优劣势是分不开的。
从集热环节思考，光热发电对于应用地域的要求是高于光伏发电的。光热发电顾名思义就是以热度为标准，需要高温度的辐照，而光伏发电对热度一般没有那么高的要求。我们所适应居住的地点，太阳能辐射强度不足以用于建设光热电站。因此在日常生活中，我们对于光热发电并不熟悉。
从导热介质环节思考，光热发电所使用的熔盐等物质，成本低、价值高、可持续利用，是优于高成本、低寿命的光伏电池的。因此，光热发电的能量储存能力远高于光伏发电。同时，光热发电由于储能效果好，在接入电网时，受到天气环境因素的影响就会小，对电网负荷波动的响应会低。因此，在发电的可调度性上，光热发电更优于光伏发电。
从导热介质带动发动机发电环节思考，光伏发电只需要进行光电转化，而光热发电是经过光电转化后还要进行光热的转化，可见光热的发电步骤更复杂。
不过，光热发电多出的一个环节可应用于其他方面。例如光热发电产生的热度可以降低海水盐度，淡化海水，同时也可以应用于工业生产中。这说明光热发电比光伏发电的应用领域更广。
但同时，多经历一个环节，对科学技术掌握的要求也就更高，运用到实际工程领域的难度也就越大。光热发电难度高于光伏发电，且我国的光热发电研发起步也晚于光伏发电，因此，光热发电的技术仍然在不断健全和完善中。
正所谓原理产生差异，因此各有优劣。那就更需要相互努力，光热发电和光伏发电还有很长的路要走。
道阻且长，未来仍需努力
对于当前能源、资源和环境等问题来说，太阳能源是一种十分有效的解决途径。自太阳能被发现利用以来，能源短缺的现象得到了一定程度的缓解，太阳能的各种优点特性使其在众多能源领域中具有无可替代的地位。
作为两种主要的太阳能利用方式，太阳能光热发电技术与太阳能光伏发电技术优势不同，应用领域也不同，有各自的优势和发展前景。在太阳能发电发展比较好的地方，应该既有光热发电系统，又有光伏发电系统。长期来看，两者是互补关系。
虽然光热发电技术由于某些原因的限制不被大家所熟知，但是在成本、能源的消耗、应用范围、存储状况这些方面，光热发电都是相对较优选择。我们有理由相信，总有一天，无论是太阳能光伏发电技术还是太阳能光热发电技术都将会成为人类科技持续、协调，稳定发展的支柱。
参考资料：
1、https://t.cn/A6qIyppt
（内容转自科普中国）
类脑计算，他们从0到1
张悠慧与学生们在开组会。清华大学供图
想象有一天，机器可以像人一样思考和处理问题，这对于21世纪的我们早已不是一个陌生的话题。人工通用智能的梦想鞭策着人类不断探索脑科学的奥秘与用机器模拟生物神经网络的结构和信息加工的潜力，而后者就是我们所说的类脑计算，也叫神经形态计算。
然而，目前的类脑计算研究尚处于起步阶段，国际上还没有形成公认的技术标准与方案。10月14日，清华大学计算机系张悠慧团队和精仪系施路平团队与合作者在《自然》杂志发表题为《一种类脑计算系统层次结构》的论文，填补了类脑计算系统领域完备性理论与相应的类脑计算系统层次结构方面的空白。
这是一年多来，清华团队在类脑计算领域继“天机芯”和“多阵列忆阻器存算一体系统”之后于《自然》正刊发表的第三篇成果，也是国内计算机体系结构领域首篇《自然》论文。
为类脑计算系统领域提供“准绳”
如果说，“图灵完备性”是通用计算机领域的“圭臬”，那么“类脑计算完备性”则是希望也能够为类脑计算系统领域的发展提供一个“准绳”。
通用计算领域有两个著名概念，一个是“图灵完备性”，另一个是“冯·诺依曼体系结构”。前者用来衡量计算系统是否能够用来解决通用计算问题，后者则是通用计算机运作的体系结构，该结构具有存储部件与计算部件分离、程序与数据统一存储等特性。这两个基本概念几乎构建起了目前所有处理器、计算机、手机等设备的基本架构。
然而，现有类脑计算系统研究却没有这样的理论架构。类脑计算软硬件间的高度耦合阻碍了它们在独立发展的同时互相兼容的可能性，如何突破这一局面，扩展类脑计算系统的应用场景？这成了团队下决心要解决的重点问题。
“通用计算领域的图灵完备性和冯·诺依曼体系结构都是非常基础、大家也非常熟悉的概念，以至于很多人都不会意识到，对于新兴的类脑计算系统领域，这是一个需要首先解决的问题。”计算机系研究员张悠慧说。
从传统通用计算机的设计哲学和方法论中汲取灵感和经验，团队针对类脑计算不像通用计算注重每一个计算过程的精确而更注重结果拟合的特性，提出了对计算过程和精度约束更低的类脑计算完备性概念，并且设计了相应的类脑计算机层次结构：图灵完备的软件模型，类脑计算完备的硬件体系结构，以及位于两者之间的编译层。
另外，通过构造性转化算法，任意图灵可计算函数都可以转换为类脑计算完备硬件上的模型，这意味着，类脑计算系统也可以支持通用计算，极大地扩展了类脑计算系统的应用领域，也使类脑计算软硬件各自独立发展成为可能。
“通俗来讲，‘完备性’可以回答系统能够完成什么、功能边界在哪里等问题。研究完备性，可以为软硬件系统的解耦合、划分不同研究领域间的任务分工与接口提供理论基础，我们的研究聚焦完备性理论研究，先回答基本的问题。”张悠慧说。
交叉学科的“火花”，成就《自然》“三连发”
这一突破，是学科交叉的成果。
类脑计算属于交叉研究领域，涉及脑科学、电子、微电子、计算机、自动化、材料以及精密仪器等多个学科。学科交叉意味着研究中需要集各科之所长，但是专业壁垒却增加了学科之间互相理解、协同配合的难度。如何让一个生物学家不必深入钻研计算机理论却依然能理解进而将自己的专业前沿成果结合到类脑计算当中？这是交叉研究项目面临的现实问题。
《自然》杂志审稿人说，这项研究“使得相关研究领域间的任务分工与接口更为清晰，有利于不同学科的研究人员专注于其专业领域、促进协同发展”。
2019年，一辆“成了精”的自行车成为网络热点。这辆无人自行车可实时感知周围环境，自己保持平衡骑行。而它的“大脑”，正是施路平教授团队研制的“天机”（Tianjic）人工通用智能芯片。这款由中国自主研制的芯片，更是全球首款异构融合类脑芯片。2019年8月1日，它登上了最新一期《自然》杂志的封面。
而此次文章的发表，意味着清华大学相关团队在一年多的时间内完成了类脑计算领域《自然》正刊三连发——从“天机芯”登上《自然》封面开始，到2020年年初的的文章（微纳电子系吴华强教授团队与合作者），直至此次一文，上述论文分别从“异构融合的新型类脑计算芯片与系统”“基于忆阻器件的神经形态芯片”，以及“类脑计算完备性与系统层次结构”等角度完成了类脑计算领域的首次实现。
事实上，只有不让研究人员分心，专于所长，推动各个具体学科领域的技术突破，才能为类脑计算提供更加坚实的基础和支持。
“施路平教授团队的研究面向新型类脑计算芯片与系统，是在面向人工通用智能的应用方面开展工作，可以说是我们工作的牵引。而吴华强教授团队在新器件、新工艺层面的创新，则是我们工作的推动。对于我们研究的计算机系统结构而言，两者都是重要的支撑。”张悠慧说：“我们很荣幸能参与其中，进一步探索计算理论和计算系统架构的问题。”
据了解，清华大学对学科交叉要求极高的类脑计算研究高度重视，坚持有组织的科研，于2014年9月创立由7家院系联合而成的类脑计算研究中心，精仪系施路平教授担任中心主任。中心融合了脑科学、电子、微电子、计算机、自动化、材料以及精密仪器等学科，进行全方位类脑智能研究。
尽管文章从投稿到最终发表经历了不到一年的时间，但这项成果的产生并不是一蹴而就的。在类脑计算系统设计和编译技术上，团队就已经在过去几年的不懈研究中打下了坚实的基础，加之此前清华在类脑领域新进展的借鉴与启发，都为这次类脑计算完备性和类脑计算系统层次结构的提出，提供了技术和方法上的支持。
“小团队”的“大项目”
在学科“大咖”的支持和青年“后浪”的努力下，这个“小团队”最终做成了类脑计算系统理论与原型构建的“大项目”。
从今年春节前夕投稿，到8月上旬正式被接收，论文的两轮修改都是在疫情期间完成的。整个审稿过程无法在线下交流讨论和开展实验，对于团队而言无疑是一个挑战。“但从另一个角度看，因为疫情期间哪儿也去不了，我们能更加潜心和专一地去做好这一件事。”张悠慧说。
研究小组努力克服交流不便、实验数据处理困难等问题，对文章的实验设计做了较大补充与改进。
“一开始审稿人认同我们研究问题的意义，但是并不理解我们对于研究问题的解决思路，对于是否有必要进行底层的计算理论设计，审稿人提出了质疑。”计算机系博士后渠鹏说，“但是通过对整体行文逻辑、文章内容和原型实验的反复斟酌修改，以及对研究思路和质疑点的一一反馈，审稿人最后认同了我们的设计理念。”
今年刚毕业的博士生季宇是完成计算完备性相关工作的关键主力，因为在科研方面的优异表现，他的博士论文也被评为清华大学优秀博士论文。另一位文章的共同第一作者是精仪系的张伟豪，师从施路平教授的他提出了能够充分利用类脑计算完备性的硬件抽象体系结构与映射方法，施路平教授的另一位博士生王冠睿则负责了全部硬件工作。大家各取所长，共同搭建起了类脑计算系统的层次结构。
70多页的反馈文件，一次又一次地讨论、修改、迭代，见证了团队一步一步迎难而上的努力。“当审稿人说我们的研究明确了不同领域的分工和接口，将对类脑计算的交叉研究产生积极作用时，我真的很受鼓舞，感觉到自己研究的东西是十分有意义的，也是被类脑计算社区所认可的。”渠鹏说。
施路平表示，未来，在理论层面，团队将更关注类脑应用的“神经形态特性”，并希望最终建立起一个与图灵完备相对应的全新类脑计算理想范式；在系统层面，团队将依托计算机系高性能所在超算与芯片方面的雄厚实力，研发受脑启发的支持通用计算的新型计算机系统结构与芯片。
“尽管目标远大，道阻且长，但日积跬步，终将到达千里之外。至于是否能实现最初的梦想，时间会给所有的努力一个答案。”施路平说。
张悠慧与学生们在开组会。清华大学供图
想象有一天，机器可以像人一样思考和处理问题，这对于21世纪的我们早已不是一个陌生的话题。人工通用智能的梦想鞭策着人类不断探索脑科学的奥秘与用机器模拟生物神经网络的结构和信息加工的潜力，而后者就是我们所说的类脑计算，也叫神经形态计算。
然而，目前的类脑计算研究尚处于起步阶段，国际上还没有形成公认的技术标准与方案。10月14日，清华大学计算机系张悠慧团队和精仪系施路平团队与合作者在《自然》杂志发表题为《一种类脑计算系统层次结构》的论文，填补了类脑计算系统领域完备性理论与相应的类脑计算系统层次结构方面的空白。
这是一年多来，清华团队在类脑计算领域继“天机芯”和“多阵列忆阻器存算一体系统”之后于《自然》正刊发表的第三篇成果，也是国内计算机体系结构领域首篇《自然》论文。
为类脑计算系统领域提供“准绳”
如果说，“图灵完备性”是通用计算机领域的“圭臬”，那么“类脑计算完备性”则是希望也能够为类脑计算系统领域的发展提供一个“准绳”。
通用计算领域有两个著名概念，一个是“图灵完备性”，另一个是“冯·诺依曼体系结构”。前者用来衡量计算系统是否能够用来解决通用计算问题，后者则是通用计算机运作的体系结构，该结构具有存储部件与计算部件分离、程序与数据统一存储等特性。这两个基本概念几乎构建起了目前所有处理器、计算机、手机等设备的基本架构。
然而，现有类脑计算系统研究却没有这样的理论架构。类脑计算软硬件间的高度耦合阻碍了它们在独立发展的同时互相兼容的可能性，如何突破这一局面，扩展类脑计算系统的应用场景？这成了团队下决心要解决的重点问题。
“通用计算领域的图灵完备性和冯·诺依曼体系结构都是非常基础、大家也非常熟悉的概念，以至于很多人都不会意识到，对于新兴的类脑计算系统领域，这是一个需要首先解决的问题。”计算机系研究员张悠慧说。
从传统通用计算机的设计哲学和方法论中汲取灵感和经验，团队针对类脑计算不像通用计算注重每一个计算过程的精确而更注重结果拟合的特性，提出了对计算过程和精度约束更低的类脑计算完备性概念，并且设计了相应的类脑计算机层次结构：图灵完备的软件模型，类脑计算完备的硬件体系结构，以及位于两者之间的编译层。
另外，通过构造性转化算法，任意图灵可计算函数都可以转换为类脑计算完备硬件上的模型，这意味着，类脑计算系统也可以支持通用计算，极大地扩展了类脑计算系统的应用领域，也使类脑计算软硬件各自独立发展成为可能。
“通俗来讲，‘完备性’可以回答系统能够完成什么、功能边界在哪里等问题。研究完备性，可以为软硬件系统的解耦合、划分不同研究领域间的任务分工与接口提供理论基础，我们的研究聚焦完备性理论研究，先回答基本的问题。”张悠慧说。
交叉学科的“火花”，成就《自然》“三连发”
这一突破，是学科交叉的成果。
类脑计算属于交叉研究领域，涉及脑科学、电子、微电子、计算机、自动化、材料以及精密仪器等多个学科。学科交叉意味着研究中需要集各科之所长，但是专业壁垒却增加了学科之间互相理解、协同配合的难度。如何让一个生物学家不必深入钻研计算机理论却依然能理解进而将自己的专业前沿成果结合到类脑计算当中？这是交叉研究项目面临的现实问题。
《自然》杂志审稿人说，这项研究“使得相关研究领域间的任务分工与接口更为清晰，有利于不同学科的研究人员专注于其专业领域、促进协同发展”。
2019年，一辆“成了精”的自行车成为网络热点。这辆无人自行车可实时感知周围环境，自己保持平衡骑行。而它的“大脑”，正是施路平教授团队研制的“天机”（Tianjic）人工通用智能芯片。这款由中国自主研制的芯片，更是全球首款异构融合类脑芯片。2019年8月1日，它登上了最新一期《自然》杂志的封面。
而此次文章的发表，意味着清华大学相关团队在一年多的时间内完成了类脑计算领域《自然》正刊三连发——从“天机芯”登上《自然》封面开始，到2020年年初的的文章（微纳电子系吴华强教授团队与合作者），直至此次一文，上述论文分别从“异构融合的新型类脑计算芯片与系统”“基于忆阻器件的神经形态芯片”，以及“类脑计算完备性与系统层次结构”等角度完成了类脑计算领域的首次实现。
事实上，只有不让研究人员分心，专于所长，推动各个具体学科领域的技术突破，才能为类脑计算提供更加坚实的基础和支持。
“施路平教授团队的研究面向新型类脑计算芯片与系统，是在面向人工通用智能的应用方面开展工作，可以说是我们工作的牵引。而吴华强教授团队在新器件、新工艺层面的创新，则是我们工作的推动。对于我们研究的计算机系统结构而言，两者都是重要的支撑。”张悠慧说：“我们很荣幸能参与其中，进一步探索计算理论和计算系统架构的问题。”
据了解，清华大学对学科交叉要求极高的类脑计算研究高度重视，坚持有组织的科研，于2014年9月创立由7家院系联合而成的类脑计算研究中心，精仪系施路平教授担任中心主任。中心融合了脑科学、电子、微电子、计算机、自动化、材料以及精密仪器等学科，进行全方位类脑智能研究。
尽管文章从投稿到最终发表经历了不到一年的时间，但这项成果的产生并不是一蹴而就的。在类脑计算系统设计和编译技术上，团队就已经在过去几年的不懈研究中打下了坚实的基础，加之此前清华在类脑领域新进展的借鉴与启发，都为这次类脑计算完备性和类脑计算系统层次结构的提出，提供了技术和方法上的支持。
“小团队”的“大项目”
在学科“大咖”的支持和青年“后浪”的努力下，这个“小团队”最终做成了类脑计算系统理论与原型构建的“大项目”。
从今年春节前夕投稿，到8月上旬正式被接收，论文的两轮修改都是在疫情期间完成的。整个审稿过程无法在线下交流讨论和开展实验，对于团队而言无疑是一个挑战。“但从另一个角度看，因为疫情期间哪儿也去不了，我们能更加潜心和专一地去做好这一件事。”张悠慧说。
研究小组努力克服交流不便、实验数据处理困难等问题，对文章的实验设计做了较大补充与改进。
“一开始审稿人认同我们研究问题的意义，但是并不理解我们对于研究问题的解决思路，对于是否有必要进行底层的计算理论设计，审稿人提出了质疑。”计算机系博士后渠鹏说，“但是通过对整体行文逻辑、文章内容和原型实验的反复斟酌修改，以及对研究思路和质疑点的一一反馈，审稿人最后认同了我们的设计理念。”
今年刚毕业的博士生季宇是完成计算完备性相关工作的关键主力，因为在科研方面的优异表现，他的博士论文也被评为清华大学优秀博士论文。另一位文章的共同第一作者是精仪系的张伟豪，师从施路平教授的他提出了能够充分利用类脑计算完备性的硬件抽象体系结构与映射方法，施路平教授的另一位博士生王冠睿则负责了全部硬件工作。大家各取所长，共同搭建起了类脑计算系统的层次结构。
70多页的反馈文件，一次又一次地讨论、修改、迭代，见证了团队一步一步迎难而上的努力。“当审稿人说我们的研究明确了不同领域的分工和接口，将对类脑计算的交叉研究产生积极作用时，我真的很受鼓舞，感觉到自己研究的东西是十分有意义的，也是被类脑计算社区所认可的。”渠鹏说。
施路平表示，未来，在理论层面，团队将更关注类脑应用的“神经形态特性”，并希望最终建立起一个与图灵完备相对应的全新类脑计算理想范式；在系统层面，团队将依托计算机系高性能所在超算与芯片方面的雄厚实力，研发受脑启发的支持通用计算的新型计算机系统结构与芯片。
“尽管目标远大，道阻且长，但日积跬步，终将到达千里之外。至于是否能实现最初的梦想，时间会给所有的努力一个答案。”施路平说。
37款可选！
『¥ 39.9』【34年品牌】旗舰店：人本 女士休 闲鞋 39.9包U（99.9-60券），含PU/超 纤/单面绒等鞋面+短毛绒/羊羔毛/柔毛等内里，秋冬百 搭单品[酷]#每日白菜优选# #人本# #休闲鞋#
小编有话说：浙江人本鞋业有限公司创办于1986年，是全国知 名的集研发、生 产、销售为一 体的胶鞋专.业企业，是中国胶鞋协会副理事长单位及全 国胶鞋标 准起 草单 位。
『¥ 39.9』【34年品牌】旗舰店：人本 女士休 闲鞋 39.9包U（99.9-60券），含PU/超 纤/单面绒等鞋面+短毛绒/羊羔毛/柔毛等内里，秋冬百 搭单品[酷]#每日白菜优选# #人本# #休闲鞋#
小编有话说：浙江人本鞋业有限公司创办于1986年，是全国知 名的集研发、生 产、销售为一 体的胶鞋专.业企业，是中国胶鞋协会副理事长单位及全 国胶鞋标 准起 草单 位。
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