科研项目 Research Projects

 

 序号

 项目编号 项目名称 项目来源 起止时间 承担角色项目状态 
 01 2018ZX01028-101 超算协处理器与强智能终端的智能计算单元 国家核高基重大专项 2018年-2020年 主持 在研
 02 61773307 神经形态计算网络的互连结构和信息组织研究 国家自然科学基金面上项目 2018年-2021年 主持 在研
 03 2016YFB0200202 面向新型众核处理器的应用通信特征分析 国家重点研发计划 2016年-2019年  主持 在研
 04 2016M590949 面向核自适应滤波算法的计算结构设计与实现 博士后面上基金 2016年-2019年 主持 在研
 05 YESS20150078 青年人才托举 中国科协 2015年-2018年 主持 在研
 06 2014AA01A301 基于自主处理器的高效能计算机系统研制 863重大项目 2015年-2016年 主持 结题
 07 61303036 非均匀众核处理器通讯系统吞吐量优化设计与评估方法研究 国家青年自然科学基金 2014年-2016年 主持 结题
 08 2014A09 核自适应滤波器的硬件加速实现与研究 数学工程与先进计算国家重点实验室开放基金 2014年-2016年 主持 结题
 09  3D显示处理关键技术研究及FPGA实现 陕西省重点实验室青年学术骨干培植项目 2014年1月-12月 主持 结题
 10 20130201120024 面向高通量非均匀众核处理器的通讯系统设计 教育部博士点基金 2013年-2014年 主持 结题
 11 2013JQ8029 新一代众核处理器片上互联网络研究 陕西省自然科学基金 2013年-2014年 主持 结题
 12 2012M521777 非均匀众核处理器通讯系统研究 博士后面上基金 2012年-2014年 主持 结题

 

研究现状 Research Status

         

图示说明:研究方向总览

         发展面向人工智能的计算架构和核心芯片具有重要的战略意义,是国家重点支持领域。课题组的科学研究主要围绕自面向主智能体的智能计算单元、大规模众核处理器通讯系统、神经形态计算/机器学习算法的硬件加速研究与实现、数字多媒体ASIC设计开展,具有多学科交叉以及软、硬件深度协同的特点,与国内外先进科研究机构如:麻省理工MIT、佐治亚理工Gatech、UIUC、波士顿大学BU、英属哥伦比亚大学UBC、弗罗里达大学UF、清华大学、浙江大学、中科院等均有很好的项目合作。本人在人工智能、自动化、计算机、微电子、软件工程等方向招收本科科研实践学生、研究生、博士生及博士后。实验室条件优越、科研经费充足。欢迎有志向、具有自我驱动能力的青年学子咨询报考!
         主要研究方向面向自主智能体的智能计算单元(Intelligent Processing Unit, IPU)是人工智能时代占领战略制高点的核心技术,也是人工智能“硬实力”的体现。课题组主要从事人工智能软/硬件应用系统的研究和开发。
         研究内容一:神经形态计算/机器学习算法的硬件加速研究与实现(与Gatech, UF,UBC合作)
         a)面向自主智能体的智能计算单元

         无人机、智能车、机器人为代表的自主智能体是人工智能技术的重要载体。针对实时感知与识别、自主控制与协同、动态环境下的自适应任务重构等难题,突破模型、算法、高效敏捷的计算架构和核心芯片设计等关键技术,围绕机载高能效实时处理、空地联合感知协作,任务自适应重构等方面开展集成验证,达到低能耗、高实时、强适应等指标。形成面向自主智能体的软硬件一体化解决方案。


                                                    

          b)神经形态计算算法研究
         人脑是迄今为止最有效的信息处理系统,而类脑计算(Brain-inspired computing)则是21世纪科学界的重大挑战之一。以脑认知科学研究成果为基础,借鉴人类感知、认知机理,突破现有计算模式,建立类似人脑的信息组织、存储和处理的计算架构已成为目前计算机科学和人工智能领域备受关注的“大问题”。与多位认知学科教授开展交叉学科研究,以机器视觉信号处理的新型计算架构为切入点,探索构建视觉信息处理开发平台。

图示说明:从结构连接、功能连接、有效连接的角度分析一种可行的类脑计算架构(From Connection to Cognition)

         研究方向二:大规模众核处理器通讯系统研究(与MIT、Gatech,BU合作)
当前我们已经进入了多核时代,工业界和学术界都意识到了计算性能的提升依赖于充分的发掘计算的并行性。计算核心越来越多,通过芯片上的互连通信有效地组织和管理这些内核成为目前计算机体系结构的一个关键内容和重要的挑战,我们的研究工作就是围绕这一任务展开。
         a) 采用可重构技术的众核仿真器(SMART: Simulator for Many-core with Reconfigurable Technique)
半导体制造工艺的进步使得晶体管尺寸进一步缩小,允许设计者在单一芯片上集成几十甚至上千个处理内核。众核处理器的出现将从根本上改变已有的设计和制造方法,丰富的片上计算资源和存储资源都对系统设计带来了前所未有的挑战:如何设计相应的处理单元微体系结构、更好组织管理各处理内核、如何合理的分配计算资源、如何设计层次化的存储结构、如何设计需要满足高带宽、低延时的通讯系统,同时为了满足未来不断发展的计算能力、复杂设计和持续拓展的需求,众核系统还应当具有更好的扩展性和灵活性。该工作重点研究采用可重构技术的众核仿真器相关技术,提供高效、灵活的仿真环境,详尽的量化分析手段指导和帮助研究者更好的学习和研究大规模众核系统。
         曾作为联合培养博士生,赴麻省理工学院计算机与人工智能实验室学习交流。其间,与国外学者共同开发了一款开源、并行、可重构众核仿真系统HORNET,该工作先后被MITnews和EETime等国外多家媒体报道,2012年以第一作者将工作发表在IEEE Transaction on CAD。可以在MIT主页下载到源代码:
http://csg.csail.mit.edu/hornet/ 

 

图示说明:MITnews 和 EEtimes 新闻报道页面

         b) 自组织、自适应的高可靠性片上互连网络
围绕面向新型计算架构-千核处理器这一前沿领域,针对异构系统、暗硅以及可靠性问题,在分布式、高通量计算系统开展了较为深入的研究。设计了一种基于通道依赖关系图的容错路由算法,该工作有效地解决了众核芯片容错和负载均衡问题。接着又设计了一种有效避免路由死锁和保证连通性的软硬件解决方案。相关研究成果发表在计算机体系结构顶级期刊,IEEE Transactions on Computers.

                                                                                                 图示说明:片上互联网络研究框架
         研究方向三: 数字多媒体ASIC/FPGA芯片以及VR/AR应用(与四川长虹合作): 2005至2017年,课题组完成了多款视频处理ASIC芯片的开发及验证工作,包括:数字视频后处理系列芯片(DTV100,DTV100B/C,DTV110)以及高清立体显示处理芯片HMD100。掌握了多项高清裸眼3D画质处理的核心技术和专利。其中高清立体显示处理芯片HMD100已通过教育部科技成果专家鉴定。
         a) 视频画质处理芯片:
         成功参与完成了6款SoC芯片的设计、流片和验证工作,芯片主要用于多媒体电视信号处理,和头戴式3D显示装置,作为核心成员参与了DTV系列芯片的架构设计、图像增强算法、运动检测算法、DRAM控制器、3D自适应解码器核心IP的设计和开发工作,作为项目总体负责人,指导完成了HMD芯片定义、架构核心算法及开发和设计工作。

                                                                                                           图示说明:6款SoC芯片版图
         b) 头戴式立体显示芯片:

 

图示说明:芯片功能框图和采用自主研发HMD100芯片的头戴式立体显示系统

         c) 裸眼立体显示关键技术及ASIC实现:

         3D显示技术带给人们全新的视觉体验,是今后显示领域势不可挡的主流趋势。3D技术可以使得画面变得立体逼真,使得观看者具有更好的视觉和浸入感体验。人体视觉系统对物体产生立体知觉的成因主要有5种:水晶体的调节、双眼的辐辏角、双眼视差、单眼的运动视差、及聚拢效应。其中,两眼视差所造成的双目立体视觉为主导因素,由于人类的左、右双眼相距6.5公分左右,因此观看物体时的角度略有不同,所接收的影像便会有细微的差异,这个细微的差距,叫做视差(Binocular Parallax)。两个眼睛观察到的两幅具有视差的图像,虽然差距很小,但经视网膜传到大脑里,大脑神经就能利用这微小的差距,产生远近的深度,之后大脑再把双眼接收的影像结合(Convergence),构成具有深度信息的视觉影像。目前立体显示技术大多采用双眼视差的方式。
         课题组设计了兼容4/8/9视点可实时合成并输出4K@30Hz立体显示图像的IP核,并采用Xilinx公司型号为XC7K325T的FPGA芯片完成了裸眼立体超高清显示系统的开发和验证工作。已授权美国专利一项、中国发明专利5项,论文发表在IEEE TCASII, ASP-DAC等国际期刊和会议上。

图示说明:裸眼3D显示处理平台


其它:
         • 中铁十八局新建京张铁路四标,实施“东花园隧道段水位控制及远程监控信息自动化解决方案”。该项目是物联网和云计算与传统工业领域应用相结合的典型示范。
         • 本科期间,在东力环保设备有限公司(西安研发部)任项目经理,负责DLH-100/200系列垃圾处理设备的智能控制系统电路及程序设计,目前260台设备在青藏线列车上服役。