清華兩項(xiàng)成果入選！2019年度中國(guó)科學(xué)十大進(jìn)展公布
來(lái)源：清華大學(xué)公眾號(hào) 2-28
2月27日，科技部高技術(shù)研究發(fā)展中心（基礎(chǔ)研究管理中心）發(fā)布2019年度中國(guó)科學(xué)十大進(jìn)展，清華大學(xué)牽頭完成的“構(gòu)架出面向人工通用智能的異構(gòu)芯片”和參與完成的“破解藻類(lèi)水下光合作用的蛋白結(jié)構(gòu)和功能”兩項(xiàng)成果入選。
當(dāng)晚，中央電視臺(tái)新聞聯(lián)播的聯(lián)播快訊也對(duì)相關(guān)成果進(jìn)行了報(bào)道。
一、構(gòu)架出面向人工通用智能的異構(gòu)芯片
發(fā)展一個(gè)能夠同時(shí)支持流行的基于計(jì)算機(jī)科學(xué)的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和受神經(jīng)科學(xué)啟發(fā)的模型和算法的通用平臺(tái)非常重要。清華大學(xué)類(lèi)腦計(jì)算中心施路平研究組與合作者提出了一種天機(jī)芯片架構(gòu)，它高效集成了上面的兩種方法，提供了一個(gè)異構(gòu)集成的協(xié)同計(jì)算平臺(tái)。該芯片采用多核結(jié)構(gòu)、可重構(gòu)構(gòu)件和流線(xiàn)型數(shù)據(jù)流的混合編碼方案，既能同時(shí)獨(dú)立支持基于計(jì)算機(jī)科學(xué)的機(jī)器學(xué)習(xí)算法和神經(jīng)科學(xué)主導(dǎo)的算法以及神經(jīng)科學(xué)中的多種編碼方案，還支持兩者的異構(gòu)混合建模，提供新的解決方案。研究人員僅使用一個(gè)芯片，演示了無(wú)人駕駛自行車(chē)系統(tǒng)中通用算法和模型的同步處理，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)目標(biāo)檢測(cè)、跟蹤、語(yǔ)音控制、避障、過(guò)障和平衡控制。該項(xiàng)研究有望為更通用的硬件平臺(tái)發(fā)展鋪平道路并推動(dòng)AGI的發(fā)展。
二、破解藻類(lèi)水下光合作用的蛋白結(jié)構(gòu)和功能
硅藻PSII-FCPII超級(jí)復(fù)合體在類(lèi)囊體膜上的示意圖
光合作用利用太陽(yáng)光把二氧化碳和水轉(zhuǎn)換成有機(jī)物和氧氣，為地球上幾乎所有生物的生存提供了能源和氧氣。為了適應(yīng)不同的光環(huán)境，光合生物進(jìn)化出了各種不同的色素分子和色素結(jié)合蛋白，由此來(lái)最大程度地利用不同環(huán)境下的光能。硅藻是一種豐富和重要的水生光合真核生物，占水生生物原初有機(jī)物生產(chǎn)力的40%，或地球總原初生產(chǎn)力的20%，在全球的碳循環(huán)中發(fā)揮了重要作用。硅藻在水生環(huán)境下成功繁殖的重要因素之一是因?yàn)樗袔r藻黃素/葉綠素結(jié)合膜蛋白（FCPs），該色素蛋白使硅藻具有獨(dú)特的光捕獲和光保護(hù)及快速適應(yīng)光強(qiáng)度變化的能力。
中國(guó)科學(xué)院植物研究所沈建仁、匡廷云研究組報(bào)道了海洋硅藻——三角褐指藻FCP的高分辨率晶體結(jié)構(gòu)，揭示了蛋白支架內(nèi)的7個(gè)葉綠素a、2個(gè)葉綠素c、7個(gè)巖藻黃素以及可能的1個(gè)硅甲藻黃素的詳細(xì)結(jié)合位點(diǎn)，從而揭示了葉綠素a和c之間的高效能量傳遞途徑。該結(jié)構(gòu)還顯示了巖藻黃素與葉綠素之間的緊密相互作用，使能量通過(guò)巖藻黃素高效地傳遞和淬滅。該研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步與清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院隋森芳研究組合作，解析了硅藻的光系統(tǒng)II（PSII）與FCPII超級(jí)復(fù)合體的分辨率為3.0埃的冷凍電鏡結(jié)構(gòu)。該超級(jí)復(fù)合體由兩個(gè)PSII-FCPII單體組成，每個(gè)單體包含了1個(gè)具有24個(gè)亞基的PSII核心復(fù)合體和11個(gè)外周FCPII天線(xiàn)亞基，其中的FCPII天線(xiàn)以2個(gè)FCPII四聚體和3個(gè)FCPII單體存在。整個(gè)PSII-FCPII二聚體包含230個(gè)葉綠素a分子、58個(gè)葉綠素c分子、146個(gè)類(lèi)胡蘿卜素分子以及錳簇復(fù)合物、電子傳遞體和大量脂分子等。該結(jié)構(gòu)揭示了硅藻PSII核心中特有亞基的特點(diǎn)及其與高等植物PSII-LHCII復(fù)合體明顯不同的天線(xiàn)亞基排列方式，以及硅藻巨大的色素分布網(wǎng)絡(luò)，為闡明硅藻高效的藍(lán)綠光捕獲、能量轉(zhuǎn)移和耗散機(jī)制提供了堅(jiān)實(shí)的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。
硅藻PSII-FCPII超級(jí)復(fù)合體整體結(jié)構(gòu)。A圖從類(lèi)囊體基質(zhì)側(cè)看整個(gè)PSII-FCPII超級(jí)復(fù)合體，虛線(xiàn)將整個(gè)結(jié)構(gòu)分為兩個(gè)單體。B圖將PSII-FCPII單體的各個(gè)亞基名稱(chēng)標(biāo)識(shí)出來(lái)。C圖和D圖將類(lèi)囊體腔側(cè)的5個(gè)蛋白亞基名稱(chēng)標(biāo)識(shí)出來(lái)。
“中國(guó)科學(xué)十大進(jìn)展”遴選活動(dòng)由科學(xué)技術(shù)部高技術(shù)研究發(fā)展中心（基礎(chǔ)研究管理中心）牽頭舉辦，至今已舉辦15屆，旨在激勵(lì)廣大科技工作者的科學(xué)熱情和奉獻(xiàn)精神，開(kāi)展基礎(chǔ)研究科學(xué)普及，促進(jìn)公眾理解、關(guān)心和支持基礎(chǔ)研究，在全社會(huì)營(yíng)造良好的科學(xué)氛圍。
“2019年度中國(guó)科學(xué)十大進(jìn)展”分別為：探測(cè)到月幔物質(zhì)出露的初步證據(jù)、構(gòu)架出面向人工通用智能的異構(gòu)芯片、提出基于DNA檢測(cè)酶調(diào)控的自身免疫疾病治療方案、破解藻類(lèi)水下光合作用的蛋白結(jié)構(gòu)和功能、基于材料基因工程研制出高溫塊體金屬玻璃、闡明銪離子對(duì)提升鈣鈦礦太陽(yáng)能電池壽命的機(jī)理、青藏高原發(fā)現(xiàn)丹尼索瓦人、實(shí)現(xiàn)對(duì)引力誘導(dǎo)量子退相干模型的衛(wèi)星檢驗(yàn)、揭示非洲豬瘟病毒結(jié)構(gòu)及其組裝機(jī)制、首次觀(guān)測(cè)到三維量子霍爾效應(yīng)。
據(jù)介紹，此次遴選邀請(qǐng)專(zhuān)家從320項(xiàng)推薦科學(xué)研究進(jìn)展中初選出30項(xiàng)進(jìn)入終選，終選采取網(wǎng)上投票方式，邀請(qǐng)中國(guó)科學(xué)院院士、中國(guó)工程院院士、國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任、部分國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃總體專(zhuān)家組專(zhuān)家和項(xiàng)目負(fù)責(zé)人等2600余名專(zhuān)家學(xué)者對(duì)30項(xiàng)候選科學(xué)進(jìn)展進(jìn)行網(wǎng)上投票，得票數(shù)排名前10位的科學(xué)進(jìn)展入選“2019年度中國(guó)科學(xué)十大進(jìn)展”。
資料來(lái)源：新華網(wǎng) 中央電視臺(tái)
圖片來(lái)源：類(lèi)腦計(jì)算中心 生命學(xué)院
圖片設(shè)計(jì)：梁晨
編輯：趙姝婧 苑潔 李華山
審核：呂婷
