人工智能院：夯实“人工智能+”技术底座——广州市新型研发机构巡礼（九）
习近平总书记强调，人工智能是引领这一轮科技革命和产业变革的战略性技术，具有溢出带动性很强的“头雁”效应，是赢得全球科技竞争主动权的重要战略抓手。今年两会，开展“人工智能+”行动写进政府工作报告。抢抓人工智能发展机遇，将成为加快新质生产力的重要引擎，为构建现代化产业体系提供强大动能。
广东人工智能与先进计算研究院（下称人工智能院）以满足“四个面向”为推进方向，以支持粤港澳大湾区人工智能产业集群发展为目标，实现人工智能产业前沿技术创新，努力构建完整的人工智能与先进计算产业创新生态。成立四年来，不断探索人工智能与先进计算垂直领域体系化发展，构建完整的“核心技术突破-关键产品开发-产业生态培育”发展体系。
人工智能院以突破人工智能关键核心技术为根基，在通用智能、类脑与仿生、智能芯片、智能计算四大方向开展科研攻关，力求解决人工智能应用“卡脖子”问题，打破创新源头受制于人的发展困境，打造人工智能领域新业态。以关键技术为基础，人工智能院开发关键产品，尤其注重打造人工智能全栈式技术链条，建设“关键元件-硬件设备-软件系统-智能算法”全链条自主可控体系，以此培育产业生态，在智能信息系统、智慧医疗、无人系统、智能制造等多领域加快人工智能应用落地。
创新研究需要高素质、高水平、高专业的人才队伍作为“大脑”。人工智能院引进了包括中国科学院院士在内的高水平研究人员作为领头人，并组建了近200人的研发队伍。依托高水平、多层次的人才队伍，人工智能院已在“四个面向”提到的各领域中取得了多项成绩与突破。
一、突破关键技术，打稳发展根基
作为发展体系的根基，人工智能院持续投入关键核心技术突破。在四大研究方向中，人工智能院一方面基于当下，努力解决“卡脖子”问题，同时面向世界科技前沿，开展颠覆式创新工作，提前规划布局下一代技术。
（一）智能计算
随着AI和大数据发展，计算设备类型越来越丰富、数据模式越来越复杂，如何在这种现状下提高算法的训练效率，提高算力的能效比？为支持不同类型智能计算要求，人工智能院提出了二维异构资源池结构与多任务资源弹性聚合机制。以这一突破性架构为基础研发的高密度AI服务器“香雪-3B”算力有巨大提升，在2022年全球权威AI性能基准评测机构MLPerf™公布最新AI训练Training V2.0榜单中，“香雪-3B”总成绩排名第一。
香雪-3B AI训练服务器
MLPerf? AI Training V2.0榜单
人工智能院基于“香雪-3B”成功研发了可同时支持强化学习和多模态大模型训练的计算集群——LOOP。该集群是中科院A类先导专项“自主进化智能”的计算基础，牵头制定业内首个智能决策专用计算集群架构与测试标准——《智能决策支撑平台架构技术规范》。LOOP支撑了业界首个三模态大模型“紫东太初”的预训练。
此外，人工智能院研发的实感计算架构可以在短时间内处理海量的实时数据。该架构可应用于射电天文领域，处理宇宙深处发出的瞬时高能信号，还可应用到超导量子测控，实现多量子比特纠缠态制备，其相关科研成果已在《Science》、《Science Advances》、《Nature Physics》等国际著名科研期刊上发表。
（二）通用智能
ChatGPT的问世，让单一、封闭性的人工智能向生成、自主性的通用人工智能转变。通用人工智能在提高社会生产力、提升社会治理水平、增强国际竞争力与国家安全方面具有十分重要的意义。人工智能院依托“香雪-3B”和LOOP集群大模型训练的相关研究，在通用智能技术上实现突破，于2023年5月发布了首个大模型——“归心·太白”。该模型融合语言、视觉、时序多模态，能实现语言对话，并进一步满足更广泛的专业化需求，例如自动检索编程代码错误信息、在极小样本条件下识别零件缺陷、快速识别癫痫脑电信号等，为多领域提供全新的人工智能引擎。
（三）类脑与仿生
类脑与仿生研究神经运行机制、生物体的结构和功能，其结果使人类对脑科学有了更深的认识，同时脑科学的发展又会反哺人工智能。人工智能院在该领域开展双向研究，一方面攻克信号采集处理等多项难题，开发实时荧光成像闭环脑机系统，实现对神经元激活过程的实时分析与闭环反馈，其最新科研成果已在《Nature Neuroscience》上发表。
荧光成像闭环脑机系统
另一方面，通过对果蝇运动视觉神经机制的研究，开发仿生智能算法，攻克了“类脑运动视觉单元”这一基于视觉自主智能的核心技术，完成了“视觉传感-运动检测-目标追踪”一体化芯片及配套系统的研发。该项目极大地弥补了我国在相关领域的短板，并在科技部主办的全国首届颠覆性技术创新大赛中脱颖而出，获得大赛优秀项目。
（四）智能芯片
随着类脑与人工智能不断交叉融合，脑机接口技术也不再是天方夜谭，该领域的发展离不开数据的积累，数据的质量通常关系到模型的准确率和精度。在脑部数据的精准采集方面，研发出具有集成式可编程增益放大器(PGA)的低功耗、高性能、高集成度的24位细胞级电生理传感器，可以采集微伏级信号。该智能芯片在目前脑机接口应用领域中达到了业界领先水平，其功能性能可替代国际半导体大厂TI同等芯片。
二、推动产业发展，满足“四个面向”
在“面向世界科技前沿”相关技术研究的扎实根基之上，人工智能院推进产品开发和产业生态培育，满足“四个面向”要求。
一是面向国家重大需求层面，人工智能院依托在智能计算方向的突破，研制出多种先进计算相关系统与设备，为多个国家大科学装置提供技术保障，例如人工智能院研发的射电天文数字后端处理系统已应用于“中国天眼”FAST和“子午二期工程”项目。在国家天文台“天籁”射电阵列项目中，人工智能院进一步利用并行计算优势，极大缩短了计算延迟，最终实现了480Gbps输入数据的实时采集、处理和分发交换，集群整体计算能力达200TFLOPS以上。由于其优异的设计与性能，该射电阵列边缘计算集群被中国信息通信研究院评为“2021边缘计算融合创新奖”。目前，人工智能院研发的射电天文采集处理架构被国际射电探测组织推荐为标准架构，系统已被美国加州理工学院LEDA、德国Effelsber、法国NACI、巴西BINGO、南非HERA等多家科研单位采购，形成出口能力。
FAST数字后端系统及研制团队
智能计算的突破成果还应用于量子计算。人工智能院研发出超导量子计算测控软硬件一体化方案，助力破解量子计算领域中超导量子比特的高精度控制、量子态的实时读取解析等难题。该方案以软件支撑释放了测控系统硬件能力，在硬件管理、状态监控、软件驱动库三层软件体系的加持下，能大限度降低使用操作难度，提供不可或缺的控制、监控能力。目前该方案已交付浙江大学物理系超导量子器件团队与北京量子信息科学研究院使用。
二是面向经济主战场层面，随着全球数字经济、机器人、智能汽车、智慧农业等行业快速发展，人工智能院积极培育无人系统、智能制造、智能信息系统等产业，为行业提供发展新动力。在无人系统方面，人工智能院引入类脑智能科研成果，形成“关键载荷（类脑运动视觉单元）-无人机平台-空地一体解决方案”产品体系。其中类脑运动视觉单元载荷可实现高效感知决策，依靠轻量化识别模型，极大降低了训练时长，帮助无人机依靠纯视觉执行多种任务。在开发多款工业级无人机与机巢产品的基础上，人工智能院与电力企业合作，成功研发“无人机+自动机场+管理软件”自动停机坪的空地一体智能化电力巡检解决方案，可全天候开展野外固定部署或车载移动部署，极大提高了电力巡检的工作效率与安全性，该方案已在国家电网福建电力分公司应用。
移动式智能化电力巡检解决方案
人工智能院还将无人系统技术应用于自动驾驶领域，采用立体视觉方法计算深度，实现路面状态的3D重建感知，从而实现路面高程检测、道路表面目标检测、路面冲击激励检测、全地形检测四大功能，可通过预先引导车辆的半主动悬挂或主动悬架系统，实时调节各个车轮减震器阻尼的软硬系数、车身的整体高低以及车辆行驶的模式，起到控制车身振动和车身高度的功能，从而提升汽车稳定性和舒适性。
人工智能院将通用智能方向上的突破成果引入智能制造，在传统视觉图像检测识别算法的基础上结合了大模型少样本甚至0样本的特点，可以为不同领域的制造企业提供快速且准确的工业识别、缺陷检测等系统，应用在了新能源领域的动力电池极片检测系统、电子元器件检测系统、印制电路板贴片物料排版系统、智能停机坪系统等，在这些系统中相比传统方法都带来了至少200%的效率提升。
现代化养殖业，养殖的成本和效益与行业技术，智能化装备，生产管理水平密不可分。在传统行业数字化赋能方向，人工智能院提出农牧养殖的AI监管平台行业解决方案，以视频监管+人工智能分析为核心，融合IoT感知数据、生产经营数据汇聚养殖生产大数据平台，为养殖企业构建一个总部平台+多个养殖基地的1+N运营监管模式，打通生产管理全周期链条，涵盖环境与能源管控、生物安全、精准饲喂、精细化管理等全方面AI赋能，实现养殖全过程可见、可管、可控，让生产经营更有“数”。目前已在与广州本土农牧企业合作试点，利用人工智能、大数据等新一代信息技术提升管理效率，优化养殖过程，赋能传统行业转型，一起推动养殖业的高质量发展。
三是面向人民生命健康层面，人工智能院将信号处理及人工智能的突破成果应用于智慧医疗，研发出全栈自研千通道规模神经信号记录系统。该系统具备强大的神经信号采集、处理、分析能力，为神经科学研究与临床治疗提供坚实基础。人工智能院已与武汉协和医院、南方医科大学南方医院等国内知名三甲医院合作，探索该系统在癫痫、帕金森、孤独症等疾病诊断和康复方面的应用。
在产业培育方面，人工智能院依托强大科研实力支持、安全稳定平台赋能和硬核创新资源共享模式积极开展企业孵化工作，目前已成功孵化六家科技创新企业，技术领域涉及工业互联网、智能计算硬件、机器视觉智能运动影像应用、无人系统相关产品、高性能算力服务和应用。其中，芯跳科技（广州）已获得国内外多个知名研究机构的大额订单；中科星达（广州）在高端分布式、工业控制领域产品关键技术指标达到国际自动化巨头产品水平，已在地铁智慧车站、制造企业数字化改造等项目进行示范应用；中科逐影（广东）已落地多个泛体育泛文旅项目，并与国际雪联达成战略合作协议，共同研发滑雪考试智能考级系统；令箭科技（广州）成功研发多款无人系统设备，并与电网企业展开合作，联合研发自动化电力巡检方案；念君科技（广州）创新AI智慧医疗应用，已与国内多个知名三甲医院开展临床合作；中算智能科技（广州）是国家超级计算广州中心黄埔分中心运营单位，为区域企业提供高性能计算服务、智能计算服务、云-边-端协同平台和智能应用行业解决方案。
三、开放合作与服务社会
为落实政府产业发展规划，深化粤港澳大湾区创新协作，加快建设国家科技产业创新中心，人工智能院目前已成立人工智能技术与场景生成、实感智能计算、芯片设计与测试三个公共平台，旨在降低相关企业开发成本，提升人工智能产业链伙伴的竞争力。各公共平台目前已为智能识别、工业检测、智能制造、机器人、金融、电力、交通、医疗、芯片设计开发测试等领域提供了简单易用、低成本的二次开发平台，其中人工智能技术与场景生成开放平台累计对外服务超过800小时；实感智能计算开放平台为包括国家电网在内多家企业提供了实用智能计算算力服务，填补大模型时代下的智算算力缺口。此外，人工智能院还同地方企业、高校开展多层次高频次的交流对接活动，将开放平台以外的研究成果同企业需求结合，实现技术与需求的深度融合。
在人工智能产业技术交流方面，人工智能院多次举办学术交流、讲座与培训活动，邀请包括中国科学院院士郭爱克教授在内的6位中外院士、北京大学博雅特聘教授、国家杰出青年基金获得者田永鸿等在内的60余位国内外著名专家学者人工智能领域知名专家在类脑智能、先进技术、智慧金融、大数据算法等人工智能前沿技术进行专题报告分享，培训人数531人次，为广州市人工智能产业发展提供人才支撑。
青少年是产业创新的未来与源泉，为让更多青少年感受到人工智能前沿科技的魅力，2022年人工智能院建设了广州市人工智能研学实践基地。该基地被广州市教育局及黄埔区教育局认定为“广州市第二批中小学生研学实践教育基地营地”、“黄埔区中小学生研学实践教育基地”、“黄埔区中小学生劳动教育基地”，并于2023年当选为广州市研学实践协会理事单位。研学基地目前已举办超过20场次科普活动，收到近千名家长学生和政府主管部门的认可。未来研学基地将进一步优化科普教学内容，让更多中小学生及广大人民群众进一步了解人工智能，理解人工智能在社会中的应用及基本原理，应用简单的人工智能技术实现基础场景问题解决，进而让高水平青少年完成人工智能相关“小课题”研究，逐步打造人工智能主题科普科教课程及活动的整体体系。
任重道远我必至，不负韶华争朝夕。在新的征程上，人工智能院将牢牢把握高质量发展这个首要任务，秉持“立足广州、辐射广东、服务全国”的发展方针，以满足“四个面向”为推进方向，以粤港澳大湾区建设为契机，带动地方人工智能产业集群发展，打造集聚高端信息产业的智谷。人工智能院将聚焦重点、攻坚克难，推动科技创新和成果转化取得新的原创性突破，在高水平科技自立自强的道路上取得新突破，为“二次创业”再出发、再造一个新广州作出新的更大贡献，为实现中国式现代化和建成社会主义现代化强国贡献科技力量。
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