《晶上系统赋能人工智能与先进计算》蓝皮书

跨越智能涌现的“结构洞”2024年诺贝尔物理学奖得主杰弗里·辛顿的研究指出，世界的意义是动态交互的产物，智能源于高频互动与反馈的动态塑造。这一论断直指当前人工智能发展的核心瓶颈：业界试图在本质上静态的物理结构 (如训推分离模式下的固化模型) 上，复现本质上动态的智慧现象。此种矛盾导致人工智能研究陷入一个深刻的“结构洞”——在基于冯·诺依曼架构的传统计算范式与能够涌现智慧的生物大脑之间，缺乏一个有效的物理承载与连接桥梁。智能并非特定算法的孤立产物，而是一个复杂网络系统在时空维度与环境持续动态交互，其内部高维、可塑的协同结构复杂度超越特定阈值时，所涌现出的一种自组织、自适应的宏观属性。结构决定功能，动态结构则决定学习与演化。在此背景下，软件定义晶上系统 (Software  Defined  System-on-Wafer, SDSoW) 成为填补“结构洞”、实现人工智能 (AI) 与先进计算 (AC) 双向赋能的核心工程载体。其本质突破在于，在介观尺度 (晶圆/晶矩/面板级) 上构建“高密度、大规模、低功耗、动态可塑”的物理基座，为智能涌现提供结构上的可能性，从而根本性地重构了“结构、功能、效能”的关系链。这并非技术的线性叠加，而是对计算范式的一次深刻变革。事实上人工智能与先进计算双向赋能，关键要解决计算智能与智能计算融合创新问题，融合创新则要解决底层逻辑变革问题，底层逻辑要实现基于“简单节点+复杂网络”结构的计算范式变革才可能获得超非线性性能--智能涌现，而复杂网络则要具备“介观” (芯片级在此定义为微观尺度、机架级定义为宏观) 尺度高密度大规模高维度动态可塑基本特性。CO N T E N TS目录第一章  SDSoW：AI与AC双向赋能的核心工程载体 ................... 11.1　物理维度：压缩时空，弱化延迟约束 ...................................................  31.2　架构维度：动态重构，打破结构固化 ...................................................  31.3　连接维度：支持复杂智能行为涌现 .....................................................  31.4　能效维度：师法自然，遵循能量定律 ...................................................  4第二章  SDSoW对AI与AC双向赋能的实现机制 ......................... 52.1　SDSoW对人工智能的基础性赋能：从“静态模仿”到“动态涌现” .......  52.2　SDSoW对先进计算的基础性赋能 .....................................................  62.3　AI与AC的“双向赋能”闭环：SDSoW的核心价值 .................................  7第三章  SDSoW支撑AI与AC的工程科学问题 与“新三论”解决路径 .................................................... 93.1　核心工程科学问题 .............................................................................  93.2　基于必要多样性的思维视角 ..............................................................   103.3　基于“新三论”的整体解决思路 ..........................................................   11第四章  SDSoW推动AI与AC范式创新的技术路径 .....................  144.1　算法驱动的架构自进化：从静态蓝图到动态生命体  ..........................   144.2　三维异构集成的物理贯通：构建类脑硬件的终极物质载体   ..............   154.3　生成式网络的拓扑自演化：让结构“学会生长”与遗传  ......................   154.4　物理结构与智能计算的深度适配 (PNN)：亿级神经元的类脑实现   .......  164.5　AI与AC双向集成的安全共生：构建可信演化的闭环生态   .................   16第五章  SDSoW带来计算与智能全产业链升级机遇 ..................  185.1　驱动计算架构范式重构与国产AI芯片自主化 .....................................   185.2　推进存算一体、数模混合运算技术与关键设备产业化 .......................   195.3　推动高速互连技术和产业发展 ..........................................................   195.4　引领先进封装技术和产业代际跃迁 ...................................................   195.5　构建智能供电体系和能效优化新兴产业 ............................................   205.6　升级散热技术体系和热管理工程产业 ...............................................   205.7　重塑可靠性验证标准和高可靠芯片测试产业 ....................................   205.8　创新机械结构设计和精密制造产业升级 ............................................   205.9　培育自主软件生态和晶圆级工具链产业 ............................................   205.10　深化垂直产业链整合和自主产业生态构建 ......................................   20第六章  AI2AC驱动未来产业场景加速演进 ...............................  216.1　带动未来信息产业跨越发展 ..............................................................   216.2　重塑未来计算产业技术范式 ..............................................................   226.3　拓展未来太空产业应用边界 ....................................