中国科学院计算技术研究：2019科研成果年报

國斜字计算技术研定西 INSTITUTE OF COMPUTING TECHNOLOGY, CHINESE ACADEMY OF SCIENCES 2019 科研成果年报 二○二○年六月 中国科学院计算技术研究所编

2019 科研成果年报 二○二○年六月 中国科学院计算技术研究所编

计算所简介 中国科学院计算技术研究所(简称计算 所)创建于1956年,是中国第一个专门从 事计算机科学技术综合性研究的学术机构。 计算所研制成功了我国第一台通用数字电子 计算机,并形成了我国高性能计算机的研发 基地,我国首枚通用CPU芯片也诞生在这里。 计算所是我国计算机事业的摇篮。伴随 着计算所的发生发展,先后为国家培养了几 百名我国最早的计算技术专业人员,在这里 工作或学习过的院士有二十余位。随着学科 与技术发展,从计算所陆续分离出中科院微电子学研究所、计算中心、软件所和网 络中心等多个研究机构,以及联想、曙光等高技术企业。六十多年来,计算所在科 学研究和科技成果等方面取得了显蓍成就。截至2019年底,计算所获得国家、院、 市、部级科技奖励232项,其中,国家级科技奖励52项(含非第一完成单位14项), 院、市、部级科技奖励181项(含非第一完成单位17项)。 计算所坚持“基础性、战略性、前瞻性”的三性原则,坚持新时期办院方针, 以“跻身国际前沿,关注国计民生,引领中国信息产业”为己任,落实“创新、求实” 的理念,力争成为世界一流的科研学术机构

计算所简介 中国科学院计算技术研究所（简称计算 所）创建于 1956 年，是中国第一个专门从 事计算机科学技术综合性研究的学术机构。 计算所研制成功了我国第一台通用数字电子 计算机，并形成了我国高性能计算机的研发 基地，我国首枚通用 CPU 芯片也诞生在这里。 计算所是我国计算机事业的摇篮。伴随 着计算所的发生发展，先后为国家培养了几 百名我国最早的计算技术专业人员，在这里 工作或学习过的院士有二十余位。随着学科 与技术发展，从计算所陆续分离出中科院微电子学研究所、计算中心、软件所和网 络中心等多个研究机构，以及联想、曙光等高技术企业。六十多年来，计算所在科 学研究和科技成果等方面取得了显著成就。截至 2019 年底，计算所获得国家、院、 市、部级科技奖励 232 项，其中，国家级科技奖励 52 项（含非第一完成单位 14 项）， 院、市、部级科技奖励 181 项（含非第一完成单位 17 项）。 计算所坚持“基础性、战略性、前瞻性”的三性原则，坚持新时期办院方针， 以“跻身国际前沿，关注国计民生，引领中国信息产业”为己任，落实“创新、求实” 的理念，力争成为世界一流的科研学术机构

目录 年度科研概况 立项课题简介 人机协同智能系统软硬件技术研究…… 面向跨媒体内容管理的智能分析与推理 神经网络处理器关键标准与验证芯片 音视频信息监测与智能分析技术研究 互联网基础行为测量与分析 运动促进健康技术平台构建与应用 生物大分子冷冻电镜数据高效能处理的关键技术 视觉数据非线性建模与度量学习 5G矢量处理器及基带芯片研究 自主可控A赋能平台及其产业化 超微智能计算机 基于国产智能芯片的大数据云平台及智能终端研究 基于互联链的跨链技术研究及示范应用 100G硅基芯片级光互连技术研究 城市交通大脑中枢超算体系架构与公交配流并行计算技术研究 12233344556 多模态医疗影像颈椎退变解析及其临床诊断与应用的研究 神经退行性疾病早期智能预警高级机器学习技术与示范应用 结题验收成果简介 云环境下的图像视頻的群体数据协同结构化表达与处理 差错容忍计算器件基础理论与方法 易编程的异构并行处理器结构 数据并行与线程并行合一的可伸缩处理器体系结构 面向气候和湍流模拟的百万量级异构众核可扩展并行算法与优化方法 9022 大数据结构与关系的度量与简约计算 Web信息检索与数据挖掘 高效通用数据中心体系结构研究 动态可配置的压缩感知成像系统

目录 年度科研概况………………………………………………………………………………………… 立项课题简介………………………………………………………………………………………… 人机协同智能系统软硬件技术研究……………………………………………………… 面向跨媒体内容管理的智能分析与推理………………………………………………… 神经网络处理器关键标准与验证芯片…………………………………………………… 音视频信息监测与智能分析技术研究…………………………………………………… 互联网基础行为测量与分析……………………………………………………………… 运动促进健康技术平台构建与应用示范………………………………………………… 生物大分子冷冻电镜数据高效能处理的关键技术……………………………………… 处理器体系结构…………………………………………………………………………… 视觉数据非线性建模与度量学习………………………………………………………… 5G 矢量处理器及基带芯片研究…………………………………………………………… 自主可控 AI 赋能平台及其产业化………………………………………………………… 超微智能计算机…………………………………………………………………………… 基于国产智能芯片的大数据云平台及智能终端研究…………………………………… 基于互联链的跨链技术研究及示范应用………………………………………………… 100G 硅基芯片级光互连技术研究……………………………………………………… 城市交通大脑中枢超算体系架构与公交配流并行计算技术研究……………………… 多模态医疗影像颈椎退变解析及其临床诊断与应用的研究…………………………… 神经退行性疾病早期智能预警高级机器学习技术与示范应用………………………… 结题验收成果简介………………………………………………………………………………… 云环境下的图像视频的群体数据协同结构化表达与处理……………………………… 差错容忍计算器件基础理论与方法……………………………………………………… 易编程的异构并行处理器结构…………………………………………………………… 数据并行与线程并行合一的可伸缩处理器体系结构…………………………………… 面向气候和湍流模拟的百万量级异构众核可扩展并行算法与优化方法……………… 大数据结构与关系的度量与简约计算…………………………………………………… Web 信息检索与数据挖掘………………………………………………………………… 高效通用数据中心体系结构研究………………………………………………………… 动态可配置的压缩感知成像系统………………………………………………………… 1 7 7 8 8 9 9 10 10 11 12 12 13 13 13 14 14 15 15 16 17 17 18 19 20 21 22 23 24 25

目录 图像视频结构分析与表达 面向高性能存储的融合网络体系结构研究 可溯源科学大数据体系架构、规范及评测基准 面向M- Advanced新型基带处理共性技术研究 面向 LTE-Advanced的终端软基带技术 面向CRAN的低功耗通用处理器平台研发 科研实体年度进展 计算机体系结构国家重点实验室 微处理器研究中心 智能处理器研究中心 高性能计算机研究中心 高通量计算机研究中心 先进计算机系统研究中心 智能计算机研究中心 中科院网络数据科学与技术重点实验室 333378904 网络技术研究中心 线通信技术研究中心(移动计算与新型终端北京市重点实验室) 计算机应用研究中心 中科院智能信息处理重点实验室 泛在计算系统研究中心 前瞻研究实验室 学术活动 知识产权 学术论文 467 优博论文 学术任职

目录 图像视频结构分析与表达………………………………………………………………… 面向高性能存储的融合网络体系结构研究……………………………………………… 可溯源科学大数据体系架构、规范及评测基准………………………………………… 面向 IMT-Advanced 新型基带处理共性技术研究……………………………………… 面向 LTE-Advanced 的终端软基带技术………………………………………………… 面向 C-RAN 的低功耗通用处理器平台研发…………………………………………… 科研实体年度进展………………………………………………………………………………… 计算机体系结构国家重点实验室………………………………………………………… 微处理器研究中心………………………………………………………………………… 智能处理器研究中心……………………………………………………………………… 高性能计算机研究中心…………………………………………………………………… 高通量计算机研究中心……………………………………………………………………… 先进计算机系统研究中心………………………………………………………………… 智能计算机研究中心……………………………………………………………………… 中科院网络数据科学与技术重点实验室………………………………………………… 网络技术研究中心………………………………………………………………………… 无线通信技术研究中心（移动计算与新型终端北京市重点实验室）…………………… 计算机应用研究中心……………………………………………………………………… 中科院智能信息处理重点实验室………………………………………………………… 泛在计算系统研究中心…………………………………………………………………… 前瞻研究实验室…………………………………………………………………………… 学术活动………………………………………………………………………………………………… 知识产权………………………………………………………………………………………………… 学术论文………………………………………………………………………………………………… 优博论文………………………………………………………………………………………………… 学术任职………………………………………………………………………………………………… 26 27 28 29 30 31 32 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 47 66 77 119 122

年度科研概况 年度科研概况 、承担课题情况 端,指标均领先。研制的1位DNN处理核性能 2019年,计算所新增立项项目312项。包功耗比达到了500Tps/W;2019年发布的我国 括科技部、工信部等国家部委项目45项,其中首款云端深度学习训练芯片MLU270,入选第六 国家重点研发计划37项,包括项目主持4项 届世界互联网大会十五项“世界互联网领先科技 课题牵头12项,课题参与21项、科技部国家重成果”;推出的MLU220使得寒武纪在云、边、 点实验室仪器设备专项1项;主持或参与国家自端实现了全覆盖。中科寒武纪公司以约35亿美 然科学基金35项,其中重点项目1项、联合基元B+轮估值持续领跑国际智能芯片创业公司。 金1项、面上项目15项、青年基金13项;科学 算所发起的中国开放指令生态联盟围绕 院项目②9项,其中主持或参与中国科学院战略开源芯片举办了多场论坛活动,在深圳鹏城实验 性先导科技专项课题A类1项、C类4项、先导室发布了开源芯片敏捷设计的原型验证平台 预研1项、院STS项目5项、院双创平台1项、 SERVE,基于 SERVE平台五名国科大的本科生开 院工程实验室1项、修购专项1项、地方政府项发了教学型开源处理器芯片 COOSCA并投片 目18项、军工和安全方向项目78项、承担横向开启了国科大教学改革的“一生一芯”计划 项目96项、所创新课题11项。 集成电路团队基于近十年的研究成果开发了 面向故障诊断的EDA工具,与华为公司达成合作 二、突破处理器芯片核心技术难题 协议,为华为7nm芯片实现了可诊断设计,与 研制成功龙芯3A4000,主频1.-2.0GHz 国际上商用工具相比,诊断分辨率提高了6倍 PEC CPU2006超过20分,综合性能比上一代在华为被列入实体名单的背景下,这为解决华为 的龙芯3A3000提高1倍。龙芯宇航级CPU应7nm芯片制成的成品率难题提供了有效支撑。 用到了当年发射的第50和51颗北斗导航卫星 工业5G芯片获得中科院先导预研项目的支 龙芯3A3000当年销售超过25万颗,龙芯芯片持,于10月16日验证样片成功投片。目前,计 年销售超过50万颗 算所正联合华为牵头成立工业5G技术产业联盟, 研制的寒武纪智能芯片已经覆盖了云、边 为打破欧美对我国制造业走向高端的技术封锁提 概

1 年度科研概况 年度科研概况 一、承担课题情况 2019 年，计算所新增立项项目 312 项。包 括科技部、工信部等国家部委项目 45 项，其中 国家重点研发计划 37 项，包括项目主持 4 项， 课题牵头 12 项，课题参与 21 项、科技部国家重 点实验室仪器设备专项 1 项；主持或参与国家自 然科学基金 35 项，其中重点项目 1 项、联合基 金 1 项、面上项目 15 项、青年基金 13 项；科学 院项目 29 项，其中主持或参与中国科学院战略 性先导科技专项课题 A 类 1 项、C 类 4 项、先导 预研 1 项、院 STS 项目 5 项、院双创平台 1 项、 院工程实验室 1 项、修购专项 1 项、地方政府项 目 18 项、军工和安全方向项目 78 项、承担横向 项目 96 项、所创新课题 11 项。 二、突破处理器芯片核心技术难题 研制成功龙芯 3A4000，主频 1.8-2.0GHz， SPEC CPU2006 超过 20 分，综合性能比上一代 的龙芯 3A3000 提高 1 倍。龙芯宇航级 CPU 应 用到了当年发射的第 50 和 51 颗北斗导航卫星， 龙芯 3A3000 当年销售超过 25 万颗，龙芯芯片 年销售超过 50 万颗。 研制的寒武纪智能芯片已经覆盖了云、边、 端，指标均领先。研制的 1 位 DNN 处理核性能 功耗比达到了 500TOps/w；2019 年发布的我国 首款云端深度学习训练芯片 MLU270，入选第六 届世界互联网大会十五项“世界互联网领先科技 成果”；推出的 MLU220 使得寒武纪在云、边、 端实现了全覆盖。中科寒武纪公司以约 35 亿美 元 B+ 轮估值持续领跑国际智能芯片创业公司。 计算所发起的中国开放指令生态联盟围绕 开源芯片举办了多场论坛活动，在深圳鹏城实验 室发布了开源芯片敏捷设计的原型验证平台—— SERVE，基于 SERVE 平台五名国科大的本科生开 发了教学型开源处理器芯片 COOSCA 并投片， 开启了国科大教学改革的“一生一芯”计划。 集成电路团队基于近十年的研究成果开发了 面向故障诊断的 EDA 工具，与华为公司达成合作 协议，为华为 7nm 芯片实现了可诊断设计，与 国际上商用工具相比，诊断分辨率提高了 6 倍， 在华为被列入实体名单的背景下，这为解决华为 7nm 芯片制成的成品率难题提供了有效支撑。 工业 5G 芯片获得中科院先导预研项目的支 持，于 10 月 16 日验证样片成功投片。目前，计 算所正联合华为牵头成立工业5G技术产业联盟， 为打破欧美对我国制造业走向高端的技术封锁提 年 度 科 研 概 况