前言

人工智能（Artificial Intelligence，AI）正在影响各行各业，并将极大地影响人们的工作和生活。而AI技术的核心之一就是AI芯片。从利用图形处理器作为最初的深度学习加速芯片开始，到专门为AI定制的五花八门的专用芯片，在短短几年的时间里，AI芯片就飞速发展成为一个新兴的产业。各大公司和研究机构、高等院校纷纷成立专门的AI研究机构，研究AI算法、模型和硬件（即AI芯片），有的大学甚至还为本科生开设了AI课程，以培养社会急需的AI人才。

从最初深度学习加速器的产业化，到基于神经形态计算的类脑芯片迅速发展，AI芯片在数年内取得了巨大进步。在未来5年或更长时间内，我们期待基于新型存储器、利用存内计算的深度学习AI芯片能够产业化，同时期待类脑芯片逐渐取代深度学习AI芯片。按照现在的技术发展轨迹，我们或许可以预测10～20年后AI芯片的形态：除了比现在强大得多的性能、极低的功耗外，它将不是现在这样硬邦邦的一块硅片，而可能是可弯曲、可折叠甚至全透明的薄片，可以随时按需打印，可以植入人类体内，甚至可能是一种用蛋白质实现或依照DNA计算、量子计算原理设计的AI芯片。

在这样一个科技飞速发展的时代，颠覆性的创新（包括基础理论的创新）正不断出现。AI的发展包含了两个并行发展和演进的领域：一个是“AI发现”领域，这个领域包含了不断在创新的新型神经网络和算法；另一个是“AI实现”领域，即如何通过芯片用最佳的架构、电路、器件和新的材料实现算法。如果要在核心关键技术方面迎头赶上，我们必须加强上述两个领域的基础研究和应用研究。

在这样的形势下，关于AI的研究成果和专利正呈现出爆炸式的增长，每个月、每周，甚至每天都会出现大量新的创想、新的论文，而基于新算法所实现的AI芯片，也已达到令人“眼花缭乱”的地步。AI领域不再是前几年只有几棵“大树”的景况，如今它已经变成了一片辽阔的“森林”。对在该领域工作的研发人员来说，先到这片“森林”中去逛一逛，再回过头来培育自己的“大树”或“树苗”，一定能有所获益。以此为初衷，本书对AI芯片领域的理论现状和发展进行了梳理，旨在带领读者俯瞰AI这片“森林”中AI芯片一隅的概貌，以了解AI芯片当前最新的研发情况、技术进展和一些新的研究方向。作者也基于多年经验，给出了对未来几年的展望，希望帮助广大读者对这个领域的知识和发展有进一步的认识。

人民邮电出版社贺瑞君编辑对书稿进行了精心审读，提出了宝贵的意见；出版社其他工作人员也为本书作了大量努力，让本书得以较快与读者见面，在此谨向他们表示最诚挚的感谢！

AI芯片的研究工作和产业化正在以日新月异的速度向前推进，这是一个涉及面非常广的技术领域，作者也在不断探索中。因作者水平有限，书中难免有疏漏与谬误之处，敬请业界同行和读者指正。

张臣雄

2020年9月