AI 硬體專屬晶片：最新技術未來創新發展

AI的進化已擺脫GPU/TPU而進入FPGA/ASIC裏了！物聯網及Humanoid時代，專屬AI晶片將打造未來世界

當特斯拉推出Humanoid Robot時，舉世嘩然，人形機器人將成真！當然人形機器人是不會有所謂的GPU在裏面的，相對的，針對人工智慧的專屬硬體已悄然進入我們的世界。從最初深度學習加速器的產業化，到以神經形態計算為基礎的類腦晶片迅速發展，AI晶片在數年內獲得了巨大進步。在未來5年或更長時間內，我們期待以新型記憶體為基礎、利用記憶體內計算的深度學習AI晶片能夠產業化，同時期待類腦晶片逐漸取代深度學習AI晶片。10～20年後AI晶片的形態：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晶圓，而可能是可彎曲、可折疊甚至全透明的薄片，可以隨時隨選列印，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晶片。使用GPU/TPU做深度學習早已落伍，本書將帶你進入全新的AI世界，讓你一窺未來20年的巨大革命。

本書特色
    市面上第一本AI晶片詳解專書
    500強企業首席科學家多年研究心血和前瞻未來的傾心總結
    1超3強，世界頂級技術公司爭先恐後大力投入AI晶片，看見未來趨勢
    超過200張豐富的圖表、表格，佐以深入紮實的講解，知識含金量大上升
    讓你洞察5年、10年後的AI理論、技術，以及產業趨勢

本書技術內容
    深度學習AI晶片
    神經形態計算和類腦晶片
    近似計算、隨機計算和可逆計算等數學運算
    自然計算和仿生計算
    元學習與元推理
    有機計算和自進化AI晶片
    量子場論、規範場論與球形曲面卷積
    重整化群與深度學習
    超材料與電磁波深度神經網路
    量子機器學習與量子神經網路

專家推薦

This is a timely, comprehensive, and visionary book on AI Chips such as deep learning and neuromorphic computing Chips. In spite of many revolutionary and cutting-edge advances, in both theory and hardware, that made such AI chips possible, the author has succeeded to impart the essence of the essential recent advances, in pedagogical terms, for the lay reader to understand, and appreciate.

This book is essential reading for anyone interested in learning how AI Chips is spearheading the next industrial revolution.

---- Leon O. Chua

這是一本關於深度學習和神經形態計算等類別AI 晶片的及時、全面而富有遠見的書。儘管使AI 晶片成為可能的革命性前沿進展在理論和硬體方面都層出不窮，作者還是成功地以循循善誘的口吻分享了最新進展的精髓，讓眾多讀者能夠理解和領會。

對於任何有興趣瞭解AI 晶片如何引領下一次工業革命的人來說，這本書都是必不可少的讀物。

——蔡少棠（Leon O. Chua）

<序>

人工智慧（Artificial Intelligence，AI）正在影響各行各業，並將極大地影響我們的工作和生活。而AI 技術的核心之一就是AI 晶片。從利用圖形處理器作為最初的深度學習加速晶片開始，到專門為AI 訂製的五花八門的專用晶片，在短短幾年的時間裡，AI 晶片就高速發展成為一個新興的產業。各大公司和研究機構、大專院校紛紛成立專門的AI 研究機構，研究AI 演算法、模型和硬體（即AI 晶片），有的大學甚至還為大學生開設了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，到以神經形態計算為基礎的類腦晶片迅速發展，AI 晶片在數年內獲得了巨大進步。在未來5 年或更長時間內，我們期待以新型記憶體為基礎、利用記憶體內計算的深度學習AI 晶片能夠產業化，同時期待類腦晶片逐漸取代深度學習AI 晶片。按照現在的技術發展軌跡，我們或許可以預測10 ～ 20 年後AI 晶片的形態：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顆晶圓，而可能是可彎曲、可折疊甚至全透明的薄片，可以隨時隨選列印，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 晶片。

在這樣一個科技高速發展的時代，顛覆性的創新（包括基礎理論的創新）正不斷出現。AI 的開發包含了兩個平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路和演算法；另一個是「AI 實現」領域，即如何透過晶片用最佳的架構、電路、元件和新的材料實現演算法。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，關於AI 的研究成果和專利正呈現出爆炸式的增長，每個月、每週，甚至每天都會出現大量新的創想、新的論文，而以新演算法為基礎所實現的AI 晶片，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 晶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 晶片一隅的概貌，以了解AI 晶片當前最新的研發情況、技術進展和一些新的研究方向。作者也以多年經驗為基礎，列出了對未來幾年的展望，希望幫助讀者們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 晶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。因作者水準有限，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