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張韻東 攻堅克難,讓“中國芯”成為國之重器

2019-12-10 18:26來源:中華兒女新聞網編輯:ZHQ作者:郝濤

  ◎本刊記者 郝濤

  “太興奮了,基本上一夜沒合眼。”即便過去半個多月,張韻東提到和中星微團隊一起參加新中國成立70周年國慶觀禮時的情景依然神采奕奕。

  張韻東是“星光中國芯工程”的副總指揮,也是中星微創始團隊的核心成員。首次受邀參觀新中國成立70周年閱兵典禮,他印象最深的是,與之前的閱兵方隊相比,此次閱兵方隊中增加了很多數字化和信息化的元素,越來越多的高科技都用到了國防領域。

  而最令張韻東自豪的是,就在他觀禮區域不遠處,中星微自主研發的芯片技術和產品也得到了應用,心潮澎湃的同時,他似乎也能感受到一枚枚閃耀的“中國芯”。

  如今張韻東有很多頭銜:中星微集團共同創建人,國家科技進步一等獎獲得者,“數字多媒體芯片技術”國家重點實驗室執行主任,“星光中國芯工程”副總指揮,神經網絡處理器專家等等,但是他最熱愛的還是自己的老本行——芯片設計。

  “芯片光靠砸錢是砸不出來的,必須得掌握芯片的規律,貴在堅持。”張韻東說,中星微走過二十載,在智慧安防領域已經成長為國之重器,但未來依然使命在肩,初心不改。

  志同道合的創業團隊

  回憶硅谷的時光,張韻東的眼神依然閃亮。

  張韻東是在美國硅谷與鄧中翰結識的,除了芯片領域的技術問題,兩人經常在一起分享個人追求和夢想。

  最讓他們有共識的是:“隨著中國國力的增強,半導體行業也將從西方向東方轉移,如果有朝一日我們能回國創業,就一定要把握住中國這個市場機遇。”

  鄧中翰用行動實踐了他的諾言:1999年帶領楊曉東、金兆瑋回國并創立了中星微。與此同時,張韻東也收到鄧中翰發出的邀請。2000年,張韻東加入到了中星微的創業團隊中來,出任工程副總裁,主管研發。

  中星微創業初期最大的難題是人才稀缺,與硅谷創業環境不一樣的是,國內芯片人才缺乏,但是可塑之才不少。這樣一來張韻東身兼數職,作為多媒體芯片的設計與軟件開發負責人,他既當領導又當老師,帶領這些年輕的IT人邊學邊干。

  項目進展十分緩慢。“做芯片也像蓋房子一樣,但我們那時候鋼筋、磚頭等元器件都缺,小的東西都得自己造。這是最困難的時候。”回憶起那段日子,張韻東感嘆:“剛開始培養人才,積累經驗確實是一個艱苦的過程,但是我們的“星光一號”研發出來之后,后面的難度就小多了。

  “星光”系列芯片成功后,中星微開始進入手機市場。先從音頻開始,張韻東陸續帶領團隊攻堅克難,開發了全球首個能實現手機64和弦功能的midi芯片,當時中國所有的手機都使用了,芯片產品也被海外多個國家手機市場的知名品牌采用。

  隨后,中星微又一鼓作氣推出了集成攝像頭和音視頻處理的“星光”移動芯片。憑借手機市場龐大的體量,芯片的出貨量很快就達到了億萬枚。

“星光中國芯工程”10周年成果與展望報告會

  進入安防芯片領域,成為賽道定義者

  市場變幻莫測,電腦攝像頭和手機芯片的需求逐漸飽和。中星微意識到必須另尋一個新的市場。在反復的考察和論證后,他們找到了新的方向——安防監控市場。

  然而,讓中星微團隊感到意外的是,進入新賽道的中星微,除了機遇,更多的是寂寞和孤獨。

  客觀地說,在SVAC標準問世之前,國內和國際都還沒有專門針對安全防范監控應用的視音頻編解碼標準,已有的視音頻編解碼標準,都是針對廣播電視和大眾娛樂方面的多媒體和流媒體應用,并不適用于安全防范領域。隨著整個安防產業朝著網絡化、高清化、智能化的方向發展,制定安全防范監控需要的視音頻編解碼標準也就變得至關重要。

  張韻東介紹,長期以來,我國安防監控系統一直采用H.264、MPEG-4等國外標準,核心技術和產品很大程度上依賴國外,國家信息安全存在隱患。各廠家數據格式也不兼容,導致不同部門、不同地區之間的監控信息不能互聯互通。另外,這些標準本是針對廣播電視的需求而制訂的,不能完全滿足安防監控應用的特殊性。

  公安部提出了一個需求,希望建立中國自己的安防視頻編解碼標準,而且在推出之前甚至以后,還有一系列的保密要求和規定。

  “任務艱巨,使命光榮,即便注定長時間坐冷板凳也在所不惜。”張韻東帶領團隊承接了這個工作,經過一系列的刻苦攻關,2010年8月,中星微電子和公安部第一研究所作為組長單位聯合研究制定的《安全防范監控數字視音頻編解碼技術要求》(簡稱 SVAC),被批準為國家標準,俗稱SVAC1.0標準;2017年6月,國家標準委發布 GB/T25724-2017《公共安全視頻監控數字視音頻編解碼技術要求》,這是SVAC標準2.0版本,“在數據安全方面有更大的保障,圖像編碼效率進一步提高,同時信息安全等級也更高。”張韻東解釋。

  圍繞這一標準,還成立了SVAC聯盟,包括華為、??低暤葒鴥戎饕慕偌野卜榔髽I都已加盟。“SVAC標準是公開的,任何企業都可以按照要求進行設計。”

  張韻東表示,SVAC 標準將視音頻編解碼技術和視頻圖像智能化目標檢測融合起來,稱為視頻結構化技術,通過對原始視頻進行智能分析,實時感知人、車、物身份、特征及行為,將圖像智能分析結果和傳感器感知的信息插入到視頻中一起編碼,實現對視頻的多元結構化描述。

  十年磨一劍,出鞘必鋒芒。以“天網工程”和“雪亮工程”為例,項目每年投資超過千億元人民幣,實現全城覆蓋、全網共享、全時可用、全程可控的智能、安全、可信的視頻監控網絡。以后全國統一的大網絡,犯罪嫌疑人將無處可逃。

  “SVAC標準的制定和推出,得益于我們的舉國體制優勢。”張韻東說,歐美發達國家都無法實現全國范圍內安防監控全網覆蓋和共享,可以肯定的是中國在安防監控因為有了統一的國家標準,我們的安防監控網絡已經領先一步,在某種程度上實現了彎道超車。

  智能摩爾之路及人工智能未來

  根據世界半導體貿易協會(WSTS)數據顯示,2018年我國已經成為全球半導體最大的消費市場,而我國芯片行業中主要為芯片設計和封測,制造領域依然較為薄弱。隨著人工智能技術和5G以及物聯網技術的興起,我國集成電路產業迎來了前所未有的歷史性機遇,5G、物聯網、AI、大數據、工業機器人、智能穿戴等新興產業為半導體行業提供了巨大的驅動力,擁有全球最大的半導體消費市場優勢的中國,在劇烈的技術變革中具備換道超車的可能性。

  2016年6月,經過五年多不懈努力和自主創新,數字多媒體芯片技術國家重點實驗室在京宣布,中星微推出首款具有深度學習功能的嵌入式神經網絡處理器芯片“星光智能一號”。

  這個國家重點實驗室的主任是鄧中翰,張韻東擔任執行主任,也是實驗室的具體負責人。兩年后,推出第二代深度學習神經網絡處理器芯片“星光智能二號”,運算能力相比第一代提高16倍。鑒于此,2018年,中星微首次提出智能摩爾之路(Intelligent Moore)的技術路線。

  基于摩爾定律,眾所周知的是,每隔18個月,芯片集成度都會提高一倍,性能都會提高一倍,價格也會下降一半。張韻東表示,“所謂‘智能摩爾’技術路線,是他們通過實驗發現,在物理層面智能芯片的發展已經受到了物理規律‘摩爾定律’的限制,在這個背景下,中星微團隊提出了“智能摩爾”之路。

  張韻東表示,雖然在物理層面和信號層面都受到物理規律的制約,看似已接近極限,但在信息層面的技術創新還遠沒有達到極限。而下一次信息革命的關鍵在于:通過進一步借鑒人腦智慧機制來研究新型人工智能計算方法,達到進一步提升信息處理的“性能/功耗價格”比的目標。

  “智能摩爾技術路線立足于信息處理架構的創新,它在More Moore和 More-Than-Moore之外開創了一個新的創新維度,相互之間不僅不會沖突,而且還能夠利用前兩個維度的發展進步的成果產生合力,共同推進,大幅度提高產品的整體性能。

  張韻東透露,2020年初將要量產的新一代人工智能處理器(XPU)的性能將達到星光智能第二代的8倍。這些都證明了智能摩爾技術路線指出的在“信息層面的技術創新”能夠大幅提升產品的性能, 智能摩爾技術路線的演進和信息技術的基礎理論的發展息息相關,“XPU多核異構智能處理器可以在同一芯片內部配備 NPU、DSP、CPU、GPU、FPGA以及特定功能的運算加速算子單元等不同類型的處理器核心并實現了算力共享和內存共享,不同架構的智能化算法能夠實現底層、深層次地融合計算。”張韻東表示,相比NPU、GPU這一類深度學習處理器,XPU多核異構智能處理器更適合目前的信息理論發展現狀,在實際應用中更靈活、高效,能耗更低。

  長期以來,我們國家的集成電路相對受到西方很多先進制造設備、材料和工藝引進方面的限制。“我們比國際上最先進的、能夠買到的設備和制造工藝要晚兩代,我們的高端芯片還需要更多的努力,現在機會已經到來。”

  張韻東表示,中星微致力于探索一條推進半導體行業長期發展、推動技術創新的智能摩爾之路。“前路漫漫,我們和行業同仁一起努力!”

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