AI芯片是當前科技產業(yè)和社會關注的熱點，也是AI技術發(fā)展過程中不可逾越的關鍵一環(huán)，不管有什么好的AI算法，要想最終應用，就必然要通過芯片實現。
“AI芯片面臨兩個現實問題，第一我們沒有一個覆蓋所有算法的架構，需要在芯片當中實現一個具備深度學習的引擎，適應算法的引進，第二就是架構的可變性，要有高效的架構變換能力，目前的CPU加軟件、CPU加FPGA，需要我們探索架構上的創(chuàng)新。” 清華大學微納電子系主任、微電子所所長魏少軍在智東西主辦的GTIC 2018 全球 AI 芯片創(chuàng)新峰會上公開演講時表示。
“多元的”AI芯片
AI是一個相當寬泛的概念，雖然不少面向消費者的電子產品生產商在宣傳頁上印上AI相關字眼，但他們中也有人意識到AI產品的發(fā)展要歷經多個不同的階段，因此頗為審慎。
352空氣凈化設備加入了激光檢測模塊來判斷環(huán)境的PM2.5污染水平，同時通過自主研發(fā)的智能控制算法，使空氣凈化設備能夠根據PM2.5污染水平高低自動運轉，但在352環(huán)?？萍己匣锶藦垹D的表述中把這個稱作“是為了提升智能化體驗”而沒有特別強調AI。
“真正的智能化形式絕不僅僅是物聯網和遠程控制以及語音輸入，這些目前還只是一些手段和零散的表現形式。我認為智能化終極目標還是要在減少用戶的干預，洞察用戶心理，隨時做出內部調整以及增強產品的學習能力，使產品能夠有思考及改善能力，逐漸上升到重視人類的情感需求方面，也就是最終讓人通過產品的自發(fā)服務滿足最高的情感需求。”張燚告訴第一財經記者。
要談AI芯片，就必須先對AI下一個定義。
在萊迪斯半導體亞太區(qū)資深事業(yè)發(fā)展經理陳英仁看來，“AI神經網絡”不是簡單定義為某類產品，而是一個新的設計方法，“傳統(tǒng)的一些算法，是照規(guī)則、照邏輯的，神經網絡是用數據訓練出來的結果?！?/p>
這就好比出行到指定地點，如果要先定一些規(guī)則（邏輯），比如提前選擇出行方式、規(guī)劃中轉地點，最后到達，就是傳統(tǒng)的“規(guī)則型”設計；如果是有輸入和已知的輸出，比如起點和終點，在樣本足夠多之后（數據訓練）就可以提供一個新的算法，這需要AI芯片。
在芯片研發(fā)的過程中，既有傳統(tǒng)的老牌廠商，也有科技新貴，是否會出現像通用CPU那樣獨立存在的通用AI處理器呢？
事實上，各家技術路線大相徑庭，在不同的技術路線上探索著通用與優(yōu)化的平衡。
以虛擬貨幣數字芯片起家的比特大陸提出，要實現AI芯片9個月迭代一版的速度，這是對摩爾定律18~24個月升級一次的時間賽跑，也是用ASIC技術對暗硅發(fā)起的一次挑戰(zhàn)。
“暗硅”，即是由于功耗的限制，導致處理器同一時刻只有很少的一部分的門電路能夠工作，而大部分處于不工作的狀態(tài)，這部分不工作的門電路，在某一個計算時刻是完全無效的。
ASIC是為了特定應用而設計的集成電路，除了不能擴展以外，在功耗、可靠性、體積方面都有優(yōu)勢，尤是其在高性能、低功耗的移動端。在這條路上比特大陸并不孤單，既有谷歌的TPU在前方高舉大旗，也有一眾創(chuàng)業(yè)公司在機器視覺等垂直領域跟隨。
“與傳統(tǒng)芯片迭代速度相比，AI算法迭代更快。我們針對最新算法的需求、神經網絡算法的共性基礎，把它快速地放到芯片上?！?比特大陸產品戰(zhàn)略總監(jiān)湯煒偉說。
比特大陸2017年11月份推出的首款AI芯片，現在已經全線量產，兼顧訓練和推理的功能，但以推理為主。他認為，訓練和推理應該是兩個不同的平臺，未來比特大陸還是會側重于推理。 “高性能計算它涉及到很多領域，所以我們在2015年底決定進入到AI這個領域，尤其深度學習這個領域，我們在已有的一些高性能計算這些芯片、硬件，還有一些軟件算法的基礎上，我們還大量引進了很多AI方面專業(yè)的人才。”湯煒偉說。
但比特大陸還沒有考慮做終端芯片，提供的芯片將用于服務器。
目前業(yè)內使用最多的是GPU，因為它適用于單指令、多數據處理，可用于深度學習的訓練和推理。英偉達AI技術中心亞太首席技術官Simon See接受第一財經采訪時表示，英偉達要做通用性的芯片，“通用是我們的優(yōu)勢，ASIC是針對其中一個領域，而GPU不僅僅可以應用于AI訓練還有圖像渲染等等?！?/p>
他表示，新的算法一直在出現，為了適配新的算法，就需要重新做芯片，英偉達會收集客戶的意見并改進，但不會因為所謂“風口”的轉向而調整，比如去做專門挖礦的芯片。 “做芯片是很冒險的，這么多公司在做是好事，說不定會有新的公司出很好的產品。我們的芯片性能體現，不僅僅是靠芯片自身的性能（raw performance），還有軟件的性能。” Simon說。
此外，被大眾關注較少，但有望把握住AI芯片發(fā)展機會的還有FPGA。FPGA適用于多指令，單數據流的分析，常用于預測階段，因為沒有內存和控制所帶來的存儲和讀取部分在效率和功耗上具有一定優(yōu)勢，劣勢是運算量并不是很大。
“AI是FPGA是一個非常好的切入點，也是一個重新洗牌的機會點。FPGA的并行運算算法、設計不好寫，因為人的邏輯都是一個單向的，要多角度去考慮，其實不是那么容易，通常要特別的設計方法?！标愑⑷矢嬖V第一財經。
簡言之，芯片成品可以按照是否可編程進行劃分。CPU、GPU、FPGA都是可編程的，下達不同指令就可以做不同的運算，而ASIC是不可編程、定制化的芯片。兩者的區(qū)別可以粗略比較為買成衣還是高級定制。成衣的客戶相對廣泛，而高級定制如果要想努力變成一個標準產品因不能修改就沒那么容易。
可編程，意味著通用，而定制化意味著某些方面的優(yōu)化以其他方面的犧牲為代價。通用和優(yōu)化是對立的，芯片廠商都在尋找著最佳的平衡點。
應用落地是終極難題
由于還不存在適用所有通用算法的AI芯片，確定應用領域就成為發(fā)展的重要前提。遺憾的是，AI的殺手級應用目前尚未出現，現存的應用還未形成剛需，即便如此，AI芯片還是出現了百家爭鳴的氣象。
機器視覺領域成為AI芯片的“兵家必爭之地”，涌入了商湯、曠視、地平線等一眾創(chuàng)業(yè)者，眼擎科技創(chuàng)始人、CEO朱繼志也是其中之一。
在解決實際問題層面，芯片并不是眼擎科技的唯一方案，而是根據行業(yè)的不同情況提供從IP授權、模組、芯片到行業(yè)定制系列解決方案。眼擎科技看到，以CPU為代表的通用芯片壟斷時代已經過去，AI產業(yè)已經產生了新需求，偏重于前端在圖像收集階段直接解決因弱光、反光、逆光而造成的圖像質量不高和算法識別率低的問題。
朱繼志的AI芯片之路是從上游的芯片領域開始做創(chuàng)新成像技術架構，以滿足AI新市場的新需要?！耙曨l圖像技術有兩種，一種是給到圖片在后端進行分析，比如商湯科技。圖像是怎么來的，這是我們的事情，在前端處理。前端處理必須要在前端實時處理完成，不能有延時或出錯，像流水一樣，兩者技術路線是不一樣的?！?朱繼志說。
同樣，輸出基于人工智能的商業(yè)應用解決方案的鋒時互動專注于人機交互領域，提供手勢識別、人臉識別、姿態(tài)識別等多種基于人工智能的解決方案。鋒時互動CEO劉哲告訴記者，“人工智能必將細分到行業(yè)中，呈現多元化發(fā)展的趨勢。在技術逐漸成熟后，也會勢必推出專屬的針對人機交互的場景推出芯片，以降低成本和功耗。同時帶來性能的大幅提升。”
讓人與機器在多種環(huán)境下都能自然溝通，構建更為高效、更具想象力的通用型AI生態(tài)也吸引著投資人的注意力。
“AI芯片現在是兩撥人在做，以寒武紀為代表的，他們原本就做芯片，在計算機體系結構和芯片設計方面比較有經驗，另外一撥是以地平線為代表的，以前做的是軟件算法，現在做芯片。前者更容易做出一個好用、可靠的產品，后者更偏向于提供整體解決方案，硬件不足的地方用軟件補足?！痹茊①Y本董事總經理陳昱判斷，兩者會有路徑的差異化。
芯片的成本高在設計研發(fā)階段，設計好之后要經過昂貴的流片驗證才能量產，如果沒有大的客戶，就無法分攤前期成本。即便研發(fā)成功，量產時也面臨著上游產能受限的問題。
“比特大陸在芯片設計上具有豐富經驗，他們的挖礦芯片因為加密貨幣市場的爆發(fā)而需求強勁，但其產能仍受制于上游的芯片代工廠商。” 陳昱說。按照湯煒偉的說法，比特大陸有望今年成為臺積電全球第五大客戶。
正是因為芯片的研發(fā)周期和成本都很高，硬蛋公關總監(jiān)王剛告訴第一財經，未來會考慮提供AI通用模塊?！拔覀兘衲昕吹搅薃IOT的機會，就是人工智能與物聯網的結合。硬蛋會把產業(yè)鏈上游的AI合作伙伴，如百度、云知聲等，與硬蛋平臺上的物聯網項目對接，推出通用的AI模塊?！?/p>
毫無疑問，國內的半導體行業(yè)正在蓬勃發(fā)展。已有消息傳出國家成立的國家集成電路產業(yè)投資基金（下稱“大基金”）第二期正在緊鑼密鼓募資之中，籌資規(guī)模會超過一期，在1500億~2000億元左右。按照1∶3的撬動比，所撬動的社會資金規(guī)模在4500億~6000億元左右。
國家集成電路產業(yè)投資基金股份有限公司總裁丁文武去年10月份接受《中國電子報》采訪時稱，原計劃首期募集資金1200億元，通過各方的努力，實際募集資金達到了1387.2億元。經過3年的運作，截至2017年9月20日，大基金累計決策投資55個項目，涉及40家集成電路企業(yè)，共承諾出資1003億元，承諾投資額占首期募集資金的72%，實際出資653億元，也達到首期募集資金的將近一半。
“真正把AI芯片做成有競爭力，要有護城河，這是遠超于芯片本身的事情。像阿里和騰訊爭取入口流量一樣芯片往應用層走，更好知道最終用戶的實際需求，更好的定義芯片，需要有比較強的能效，有一定的AI處理架構，沒有這樣的架構都是一片浮云。” 深鑒科技聯合創(chuàng)始人、CEO姚頌對此有著清醒的認識。
而魏少軍在一片繁榮之際毫不諱言“現在的發(fā)展太熱了，甚至媒體在其中也起到了推波助瀾的作用”。他提到，AI芯片的發(fā)展很可能在未來2到3年遭遇一個挫折期，今天以滿足特定應用為主要目的的AI芯片需要思考何去何從，今天的部分甚至大部分創(chuàng)業(yè)者將成為此次技術變革中的先烈。
倘若如此，“毫無疑問，這將是AI發(fā)展中最令人欽佩也最令人動容的偉大實踐?！?魏少軍說。
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