硬派玩家绕不开的 BJ40 “城市猎人”让越野更有生活的味道
汽势Auto-First|梁树一
“城市里又有雾霾了，好想出去走走”……
似乎谁都不甘平凡，不愿终日只有柴米油盐，即便是对每一个上班族而言，逃离喧嚣、出去走走成了他们的梦想，或许，车市下行之际SUV市场增速明显高于轿车市场也与此不无关系。当然，如果真想酣畅淋漓的出去放飞自我，选择一辆普通的城市SUV多少显得有些太过保守，毕竟真正能适应大自然的始终是专业选手——硬派越野车，而首选自然是连续4年位列中国越野车销量冠军的北京越野BJ40。
北京越野BJ40家族旗下有诸多车型，城市猎人版、环塔冠军版、刀锋英雄版、雨林穿越版、致敬2020版……当然，每款车型都有不同的侧重，BJ40 家 族在专业之外，还要凭借“深耕”制胜，当然，从终端销量来看，BJ40 确实得到了想要的 结果。而在 BJ40 家族如此庞大的产品体系中，汽势 Auto-First 更青睐城市猎人版，因为它是目前国内越野车市场最最均衡的车型，它能满足高强度的越野需求，也能兼顾家用，它有 铁骨也有柔情。
天生硬核助风雨无阻
硬派越野车一定要与众不同，因为与传统城市 SUV 相比，它更具野性，而 BJ40 城市 猎人版显然就是一辆格外与众不同的车，它线条硬朗、棱角分明，或许在北京越野看来，这 些元素出现在一辆真正的越野车上是恰如其分的，而显然事实的确如此，BJ40 家族之所以 能深受年轻消费者青睐，颜值不容忽视。
“方盒子”造型之外，无论是可拆卸的车顶，还是别具特色的后挂备胎，BJ40 城市猎 人版似乎在“野”的道路上越战越勇。其中，可拆卸的车顶能饱览沿途风光，而后挂备胎不 仅极具野性，在复杂的野外如遇爆胎，换胎速度也是它的优势。
抛开颜值不谈，一辆优秀的越野车一定要有与众不同的底盘，如果驾驶一辆普通的城市 SUV 去越野，那么你定然会发现，车辆的异响会越来越严重，当然，这是轻者，重者爱车 还会出现各类损伤，包括转向异常，车门缝隙变大，甚至无法关闭等等情况。这便是城市SUV 底盘结构导致车身抗扭性较差的原因，所以，普通的 SUV 车型本身完全不适合越野。
而要想提高车身抗扭性，非承载式车身结构是必然选择，这就是我们常说“带有大梁” 的底盘结构。常规的 SUV 车型将发动机、悬架系统、座椅等等全部与车辆的车身结构相连， 这就是常说的承载式车身结构，而车身结构的刚性又十分有限，所以车辆抗扭性较差。而对 于采用非承载式车身结构的硬派越野车而言，发动机、悬架、座椅、车架全部与大梁相连， 而大梁是非常结实的钢架，不仅能够对抗地面冲击，还能吸收冲击，于是，车辆的抗扭性便 得到大幅加强。值得一提的是，北京越野 BJ40 城市猎人版就采用了非承载式车身结构，驾 驶者无需担心越野过程中车身发生扭曲导致故障。
除此之外，四驱系统更是硬派越野车的重中之重，目前常见的四驱系统有三种：适时四 驱、全时四驱、分时四驱。其中，适时四驱多用在城市 SUV 上，结构多为多片离合器结构， 它的功能仅仅是为了提高车辆在湿滑路面起步时的稳定性，如果用于越野，不仅车轮锁止能 力较差，离合器片也非常容易过热，所以，它不具备越野性能。而全时四驱的结构有很多， 包括高端车型上用到的托森结构，以及更多的多片离合器结构，值得一提的是，多片离合器 结构的全时四驱其实可以简单理解为适时四驱始终处于四驱结合状态，所以，其同样不具备 越野性能，当然，目前市面上诸多硬派越野车恰恰就采用了这样的四驱结构，包括哈弗 H9 和福特撼路者，所以，它的越野性能真的有待推敲，而对于托森结构而言，可以这样说，表 现尚可，但造价昂贵。
最后来看分时四驱系统，BJ40 城市猎人版就采用了这样的四驱系统，它的特点是可以 在两驱、高速四驱、低速四驱之间进行切换，分动箱可理解为牙嵌式中央差速锁，轮上动力 输出可主动切换。可以说，分时四驱系统是机械素质最强的四驱系统，打滑、过热都不会存 在，同时，分时四驱系统往往支持扭矩放大，以 BJ40 城市猎人版为例，其扭矩可放大 2.5 倍，这意味车辆的最大扭矩将超过 800N·m，这样的动力还有越不过去坎？
天生硬核的外观设计，越野车专用的非承载式车身结构，再加上素质过硬的分时四驱系统，BJ40 城市猎人版在同价位显然是没有对手的。当然，这些还不够，BJ40 城市猎人版在 去年进行了一次升级，换装了全新 2.0T 发动机，最大功率 224 匹马力，峰值扭矩 380 牛米， 动力出色，油耗却得到降低，而全新采用的 8AT 变速箱来自采埃孚，是目前全球最出色的 变速箱之一，采购价格相当高昂，这更体现了 BJ40 城市猎人版的诚意，更助力 BJ40 城市 猎人版的实力达到同级最强。
安全舒适享安逸出行
在越野属性爆棚之外，家用属性也是 BJ40 城市猎人版的一大亮点，且这点是目前市面 上大多数硬派越野车所不具备的，或许在它们看来这本身是一件难两全的事，即便可以做到， 那么必须采取一个让人悲痛万分的方式——加钱。事实上，老款 BJ40 城市猎人版似乎在家 用属性层面做的也不够好，只不过之前的那次升级让其彻底脱胎换骨。
在预算有限的情况下，BJ40 城市猎人版为何能成为一款具备家用属性的车呢，这点首 先要从其动力总成聊起。之前提到，全新的 2.0T 发动机最大功率达到了 224 匹马力，峰值 扭矩达到了 380 牛米，很明显其动力表现更加出色了，但与此同时，它的油耗却更低了， 较此前降低了降低了 1L/100km，而油耗毫无疑问是一辆优秀的家用车的重要指标。其次，BJ40 城市猎人版换用了 ZF 8AT 变速箱，换挡平顺，这点更大大增加了整车行驶品质，且 需要注意的是，目前 20 万元以下采用 ZF 8AT 变速箱的车型屈指可数。
此外，承袭北汽集团数十年造车底蕴，BJ40 城市猎人版的调校功底出色，转向舒适， 底盘滤震性极好，加之更加线性的油门、刹车踏板，其驾驶质感丝毫不输同价位的城市 SUV 车型。
值得一提的是，对于任何一款车而言，安全无疑是重中之重，而 BJ40 城市猎人版的安 全属性更是其独到优势，它能载着家人一齐尽享山川河流，更能时刻守候他们的安全。在汽 势 Auto-First 看来，采用笼式立体车身防滚架的 BJ40 城市猎人版在安全层面有四大亮点：
其一、BJ40 城市猎人版采用了中国品牌唯一的液压胀形技术双叉前指梁：其中环抱形 前指梁，能将碰撞力有效传导至车身，实现冲击力分散，保护乘员与车身，并由车身整体受 力，从而提升安全性；而液压胀形技术能够有效减小钢管弯曲过程中的变形，有效提升钢管 强度，防止车辆在发生碰撞后外物入侵驾驶室，保障车内乘员安全。
其二、BJ40 城市猎人版采用了双 B 柱设计，用冷成型矩形截面封闭管材替代传统冲压 焊接结构，这种结构的抗变形能力更强，强度更高更安全。而防滚架贯穿 B 柱，便是第二 个 B 柱，双 B 柱的设计使整车侧撞保护能力大幅提升。
其三、BJ40 城市猎人版的防滚架也是消费者津津乐道的，它利用框架式管梁车身传力 路径，不同方向碰撞力均能被有效吸收，球笼结构坚固稳定、紧紧包裹车内空间，最大程度 保障车内人员生命安全。而防滚架的结构采用 8 根高强度碳素结构钢管组合而成，替代传 统多层冲压薄板焊接结构，抗变形能力，安全性大幅提升。
开着舒服，坐着享受，安全有保障，这些看似与硬派越野车毫无交集，但偏偏 BJ40 城 市猎人版就能做到，所以说，它可以是一辆“大玩具”，但是它更是家用车领域的一把好手。
汽势观
事实上，从 BJ40 城市猎人版的命名就能看出，它是一位多面手，当然，可能它在城市 路况表现不如部分城市 SUV，但是它有其他城市 SUV 远没有的越野实力，或者也可以这样 说——它是硬派越野车中城市路况表现最为出色的选手，它能带你纵享诗和远方，但 是它绝不是像其他硬派 SUV 那样极端。如果你城市里待了太久，受够了喧嚣，那不如就和 BJ40 城市猎人版一起出去走走，它定能给你带来意想不到的惊喜。
#北京·北汽越野车[地点]# #北京bj40# #城市猎人#
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北京越野BJ40家族旗下有诸多车型，城市猎人版、环塔冠军版、刀锋英雄版、雨林穿越版、致敬2020版……当然，每款车型都有不同的侧重，BJ40 家 族在专业之外，还要凭借“深耕”制胜，当然，从终端销量来看，BJ40 确实得到了想要的 结果。而在 BJ40 家族如此庞大的产品体系中，汽势 Auto-First 更青睐城市猎人版，因为它是目前国内越野车市场最最均衡的车型，它能满足高强度的越野需求，也能兼顾家用，它有 铁骨也有柔情。
天生硬核助风雨无阻
硬派越野车一定要与众不同，因为与传统城市 SUV 相比，它更具野性，而 BJ40 城市 猎人版显然就是一辆格外与众不同的车，它线条硬朗、棱角分明，或许在北京越野看来，这 些元素出现在一辆真正的越野车上是恰如其分的，而显然事实的确如此，BJ40 家族之所以 能深受年轻消费者青睐，颜值不容忽视。
“方盒子”造型之外，无论是可拆卸的车顶，还是别具特色的后挂备胎，BJ40 城市猎 人版似乎在“野”的道路上越战越勇。其中，可拆卸的车顶能饱览沿途风光，而后挂备胎不 仅极具野性，在复杂的野外如遇爆胎，换胎速度也是它的优势。
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而要想提高车身抗扭性，非承载式车身结构是必然选择，这就是我们常说“带有大梁” 的底盘结构。常规的 SUV 车型将发动机、悬架系统、座椅等等全部与车辆的车身结构相连， 这就是常说的承载式车身结构，而车身结构的刚性又十分有限，所以车辆抗扭性较差。而对 于采用非承载式车身结构的硬派越野车而言，发动机、悬架、座椅、车架全部与大梁相连， 而大梁是非常结实的钢架，不仅能够对抗地面冲击，还能吸收冲击，于是，车辆的抗扭性便 得到大幅加强。值得一提的是，北京越野 BJ40 城市猎人版就采用了非承载式车身结构，驾 驶者无需担心越野过程中车身发生扭曲导致故障。
除此之外，四驱系统更是硬派越野车的重中之重，目前常见的四驱系统有三种：适时四 驱、全时四驱、分时四驱。其中，适时四驱多用在城市 SUV 上，结构多为多片离合器结构， 它的功能仅仅是为了提高车辆在湿滑路面起步时的稳定性，如果用于越野，不仅车轮锁止能 力较差，离合器片也非常容易过热，所以，它不具备越野性能。而全时四驱的结构有很多， 包括高端车型上用到的托森结构，以及更多的多片离合器结构，值得一提的是，多片离合器 结构的全时四驱其实可以简单理解为适时四驱始终处于四驱结合状态，所以，其同样不具备 越野性能，当然，目前市面上诸多硬派越野车恰恰就采用了这样的四驱结构，包括哈弗 H9 和福特撼路者，所以，它的越野性能真的有待推敲，而对于托森结构而言，可以这样说，表 现尚可，但造价昂贵。
最后来看分时四驱系统，BJ40 城市猎人版就采用了这样的四驱系统，它的特点是可以 在两驱、高速四驱、低速四驱之间进行切换，分动箱可理解为牙嵌式中央差速锁，轮上动力 输出可主动切换。可以说，分时四驱系统是机械素质最强的四驱系统，打滑、过热都不会存 在，同时，分时四驱系统往往支持扭矩放大，以 BJ40 城市猎人版为例，其扭矩可放大 2.5 倍，这意味车辆的最大扭矩将超过 800N·m，这样的动力还有越不过去坎？
天生硬核的外观设计，越野车专用的非承载式车身结构，再加上素质过硬的分时四驱系统，BJ40 城市猎人版在同价位显然是没有对手的。当然，这些还不够，BJ40 城市猎人版在 去年进行了一次升级，换装了全新 2.0T 发动机，最大功率 224 匹马力，峰值扭矩 380 牛米， 动力出色，油耗却得到降低，而全新采用的 8AT 变速箱来自采埃孚，是目前全球最出色的 变速箱之一，采购价格相当高昂，这更体现了 BJ40 城市猎人版的诚意，更助力 BJ40 城市 猎人版的实力达到同级最强。
安全舒适享安逸出行
在越野属性爆棚之外，家用属性也是 BJ40 城市猎人版的一大亮点，且这点是目前市面 上大多数硬派越野车所不具备的，或许在它们看来这本身是一件难两全的事，即便可以做到， 那么必须采取一个让人悲痛万分的方式——加钱。事实上，老款 BJ40 城市猎人版似乎在家 用属性层面做的也不够好，只不过之前的那次升级让其彻底脱胎换骨。
在预算有限的情况下，BJ40 城市猎人版为何能成为一款具备家用属性的车呢，这点首 先要从其动力总成聊起。之前提到，全新的 2.0T 发动机最大功率达到了 224 匹马力，峰值 扭矩达到了 380 牛米，很明显其动力表现更加出色了，但与此同时，它的油耗却更低了， 较此前降低了降低了 1L/100km，而油耗毫无疑问是一辆优秀的家用车的重要指标。其次，BJ40 城市猎人版换用了 ZF 8AT 变速箱，换挡平顺，这点更大大增加了整车行驶品质，且 需要注意的是，目前 20 万元以下采用 ZF 8AT 变速箱的车型屈指可数。
此外，承袭北汽集团数十年造车底蕴，BJ40 城市猎人版的调校功底出色，转向舒适， 底盘滤震性极好，加之更加线性的油门、刹车踏板，其驾驶质感丝毫不输同价位的城市 SUV 车型。
值得一提的是，对于任何一款车而言，安全无疑是重中之重，而 BJ40 城市猎人版的安 全属性更是其独到优势，它能载着家人一齐尽享山川河流，更能时刻守候他们的安全。在汽 势 Auto-First 看来，采用笼式立体车身防滚架的 BJ40 城市猎人版在安全层面有四大亮点：
其一、BJ40 城市猎人版采用了中国品牌唯一的液压胀形技术双叉前指梁：其中环抱形 前指梁，能将碰撞力有效传导至车身，实现冲击力分散，保护乘员与车身，并由车身整体受 力，从而提升安全性；而液压胀形技术能够有效减小钢管弯曲过程中的变形，有效提升钢管 强度，防止车辆在发生碰撞后外物入侵驾驶室，保障车内乘员安全。
其二、BJ40 城市猎人版采用了双 B 柱设计，用冷成型矩形截面封闭管材替代传统冲压 焊接结构，这种结构的抗变形能力更强，强度更高更安全。而防滚架贯穿 B 柱，便是第二 个 B 柱，双 B 柱的设计使整车侧撞保护能力大幅提升。
其三、BJ40 城市猎人版的防滚架也是消费者津津乐道的，它利用框架式管梁车身传力 路径，不同方向碰撞力均能被有效吸收，球笼结构坚固稳定、紧紧包裹车内空间，最大程度 保障车内人员生命安全。而防滚架的结构采用 8 根高强度碳素结构钢管组合而成，替代传 统多层冲压薄板焊接结构，抗变形能力，安全性大幅提升。
开着舒服，坐着享受，安全有保障，这些看似与硬派越野车毫无交集，但偏偏 BJ40 城 市猎人版就能做到，所以说，它可以是一辆“大玩具”，但是它更是家用车领域的一把好手。
汽势观
事实上，从 BJ40 城市猎人版的命名就能看出，它是一位多面手，当然，可能它在城市 路况表现不如部分城市 SUV，但是它有其他城市 SUV 远没有的越野实力，或者也可以这样 说——它是硬派越野车中城市路况表现最为出色的选手，它能带你纵享诗和远方，但 是它绝不是像其他硬派 SUV 那样极端。如果你城市里待了太久，受够了喧嚣，那不如就和 BJ40 城市猎人版一起出去走走，它定能给你带来意想不到的惊喜。
#北京·北汽越野车[地点]# #北京bj40# #城市猎人#
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。
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