看華為如何在18個(gè)月打造全球首款A(yù)I芯片

 稿件來(lái)源自公眾號(hào)：智東西 記者：司北

 11月前，華為先手在德國(guó)及國(guó)內(nèi)推出了兩款年度旗艦手機(jī)Mate 10和Mate 10 Pro，這兩款手機(jī)都搭載了此前名噪一時(shí)的手機(jī)AI芯片“麒麟970”、支持最新的安卓8.0系統(tǒng)、全面屏、比上一代最高增加40%的電池容量、f/1.6超大光圈雙攝、4.5G LTE標(biāo)準(zhǔn)……

 搭載麒麟970的華為Mate 10和Mate 10 Pro、Mate 10 保時(shí)捷設(shè)計(jì)分別已經(jīng)先后在，在10月20日和11月15日正式發(fā)售開(kāi)賣(mài)。

 ▲Mate 10和Mate 10 Pro

 在Mate 10系列發(fā)布后的這一個(gè)月間，智東西深入華為內(nèi)部，來(lái)到上海和深圳，遍訪一眾從不對(duì)外發(fā)聲的華為高層人員，從AI芯片規(guī)劃、到手機(jī)打造、再到系統(tǒng)搭載的AI平臺(tái)……我們將所有拼圖一塊塊收集起來(lái)，還原了Mate 10這款A(yù)I手機(jī)打造始末，同時(shí)也在不斷采訪與深入挖掘過(guò)程中，逐漸拼湊出華為這一科技硬件巨頭在端側(cè)智能領(lǐng)域的強(qiáng)大技術(shù)引領(lǐng)，以及其未來(lái)從硬到軟的全平臺(tái)野心。

 源起：麒麟970立項(xiàng)始末

 端側(cè)智能，又稱端智能，是近兩年來(lái)AI領(lǐng)域大火的概念之一，指的是數(shù)據(jù)的采集、計(jì)算、決策都在前端設(shè)備進(jìn)行，這一概念與云智能相對(duì)應(yīng)，云智能指的是采集后的數(shù)據(jù)需要通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)皆贫耍稍贫诉M(jìn)行計(jì)算后，再將決策發(fā)回前端設(shè)備執(zhí)行。

 與云智能相比，端智能的優(yōu)勢(shì)在于穩(wěn)定、時(shí)延小、同時(shí)能夠保護(hù)用戶隱私等，但與此同時(shí)，云智能能夠提供的強(qiáng)大儲(chǔ)存計(jì)算力也是端智能的薄弱之處。不過(guò)，隨著AI的進(jìn)一步普及，端智能在市場(chǎng)中的呼聲越來(lái)越高。

 端智能需要在硬件終端配備相應(yīng)的芯片/板卡，拿華為Mate 10為例，這臺(tái)手機(jī)里搭載了能夠進(jìn)行AI計(jì)算的硬件——麒麟970芯片，自誕生之日起便無(wú)數(shù)光環(huán)纏身它，不僅甫一發(fā)布便刷遍各大新聞網(wǎng)站頭條，更是搶占了“第一款手機(jī)AI芯片”的頭條。

 打造這款麒麟970芯片的背后究竟又什么故事？搭載麒麟970的Mate 10系列又究竟實(shí)現(xiàn)了什么AI功能？為了讓AI應(yīng)用順利跑通，華為在軟件、平臺(tái)、硬件上又作出了什么努力？未來(lái)AI芯片、端智能設(shè)備的路徑又在何方？……帶著這些問(wèn)題，智東西首先在華為上海研究院附近的一個(gè)果汁吧里與華為無(wú)線終端芯片業(yè)務(wù)部市場(chǎng)總監(jiān)Eric聊了聊。

 Eric告訴我們，與其他所有工作一樣，一塊芯片的打造流程也包括前期的定義、立項(xiàng)、設(shè)計(jì)，以及后期的制作打造。前者通常需要幾個(gè)月到半年時(shí)間，麒麟芯片概念小組經(jīng)過(guò)一遍又一遍的討論審批修改才正式立項(xiàng)，隨后這塊打造周期也最起碼要18個(gè)月，因此，總制作流程起碼要一年半到兩年的時(shí)間（18-24個(gè)月）。

 麒麟970的立項(xiàng)是前年的事情了，有著12年芯片工作經(jīng)驗(yàn)的Eric告訴我們，定義芯片有一個(gè)最重要的點(diǎn)——預(yù)判。

 第一個(gè)角度是從用戶需求去預(yù)判。比如在手機(jī)芯片中集成AI模塊這件事，兩年前其實(shí)并沒(méi)有這一概念。但是當(dāng)時(shí)，華為的團(tuán)隊(duì)們觀察到了AI行業(yè)的一個(gè)重要瓶頸——計(jì)算力，計(jì)算力不足的情況下，無(wú)論是深度學(xué)習(xí)的訓(xùn)練還是應(yīng)用都極大地受到限制。而眾所周知，在半導(dǎo)體行業(yè)里改善算力最大的方法就是制作專用芯片，谷歌、英偉達(dá)都在做著類(lèi)似的事情，再結(jié)合用戶對(duì)時(shí)延、隱私保護(hù)等端智能的需求，搭載NPU的麒麟970應(yīng)運(yùn)而生。

 第二個(gè)預(yù)判則需要從半導(dǎo)體技術(shù)發(fā)展的角度來(lái)進(jìn)行，由于芯片制造過(guò)程匯總涉及到很多工藝的進(jìn)展，比如麒麟970今天使用的臺(tái)積電10nm工藝，當(dāng)時(shí)在設(shè)計(jì)之初并不存在。而除了制作工藝，還需要預(yù)判半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)其他相關(guān)技術(shù)（如CPU、GPU、內(nèi)存、屏幕等）究竟將會(huì)發(fā)展到什么程度，才能對(duì)此做一個(gè)前瞻性的判斷。

 現(xiàn)在華為麒麟芯片基本以每年一代的節(jié)奏迭代著，所以“（雖然）我們今天討論970，但其實(shí)未來(lái)兩代都已經(jīng)在路上了?！盓ric這么說(shuō)道。

 和上一代麒麟960相比，麒麟970除了新增了AI模塊“NPU”，還在各類(lèi)性能、能效比、通信、以及其他如安卓版本升級(jí)等解決方案層面進(jìn)行了優(yōu)化，尤其是能效比。在手機(jī)芯片上，永遠(yuǎn)都逃不開(kāi)能效比，一塊手機(jī)芯片上無(wú)論規(guī)劃再?gòu)?qiáng)的算力，如果最后功耗上有問(wèn)題的話，就會(huì)被一道坎兒卡住，因此這是一個(gè)非常關(guān)鍵的核心要點(diǎn)。

 幾千研發(fā)人員、數(shù)億美元投入

 麒麟970之所以敢叫自己“AI芯片”，是因?yàn)轺梓?70提供了全新的HiAI人工智能移動(dòng)計(jì)算新架構(gòu)，其中集成的專用AI硬件處理單元——NPU（Neural-Network Processing Unit，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理器）。

 任何一個(gè)沒(méi)有商用過(guò)的新的東西，離真正商用都有很長(zhǎng)一段距離，這個(gè)過(guò)程中的一大難度在于工程化。研究性的商品工程化，變成一個(gè)真正可用的東西，并且能夠成功搭載在一個(gè)消費(fèi)級(jí)電子產(chǎn)品里，這一條路中間有著極其多的坑。

 不過(guò)好在，華為最強(qiáng)大的能力之一就是將一個(gè)概念工程化，最擅長(zhǎng)的就是讓技術(shù)在產(chǎn)品上體現(xiàn)出來(lái)——比如華為整通信領(lǐng)域就在干這件事情，進(jìn)行從4G到5G的迭代升級(jí)。從某個(gè)角度而言，也是只有華為這個(gè)量級(jí)的土壕才有能力讓其真正產(chǎn)品化。

 而對(duì)于華為的麒麟芯片而言，另一個(gè)很大的優(yōu)勢(shì)就是——麒麟芯片是專為華為終端產(chǎn)品而設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的，不需要考慮其他不確定的產(chǎn)品需求。一旦想清楚選擇某個(gè)點(diǎn)，就會(huì)盡力地將這一方面投入放大、一次到位，可以投入更多的成本去專門(mén)做這件事情，最大化地呈現(xiàn)產(chǎn)品的優(yōu)勢(shì)。而一般的商業(yè)芯片公司在這些事兒上下決定會(huì)比較猶豫，在一些新的方向上的投入上可能也會(huì)需要先觀望一下情況。

 華為有著遍布全球的十幾個(gè)研究院，每一個(gè)外研都有自己專注的方向，比如美國(guó)研究所有很多專注于射頻技術(shù)，歐洲也有相應(yīng)的通信、圖像算法研究所，所以每一代芯片多是全球研究院所共同協(xié)作研發(fā)的成果。拿麒麟970為例，這一級(jí)別的芯片的研發(fā)打造每次都會(huì)有幾億美金的投入，數(shù)千名人員共同參與。

 從硬到軟，華為的AI平臺(tái)野心

 雖然有了搭載NPU的“AI芯片”，但是AI從硬件基礎(chǔ)到APP應(yīng)用之間還需要眾多軟件級(jí)與系統(tǒng)級(jí)的優(yōu)化，而這些也是Mate 10實(shí)現(xiàn)端側(cè)智能的重要因素?；邝梓?70之上實(shí)現(xiàn)的手機(jī)端AI應(yīng)用開(kāi)發(fā)既涉及到華為芯片底層架構(gòu)兼容，又需要華為軟件工程部門(mén)進(jìn)行上層資源的打造開(kāi)發(fā)。為此，智東西也來(lái)到了位于深圳的華為軟件工程部，與副總裁張寶峰進(jìn)行了一場(chǎng)深入長(zhǎng)談。

 1）AI到底能給手機(jī)應(yīng)用帶來(lái)什么體驗(yàn)優(yōu)化：

 張寶峰認(rèn)為，以目前AI技術(shù)的發(fā)展而言，真正從算法意義上的成熟的應(yīng)用領(lǐng)域主要包括：圖像識(shí)別、語(yǔ)音識(shí)別這兩方面。像AlphaGo Zero這類(lèi)推理決策的“AI黑科技”離消費(fèi)極電子產(chǎn)品還是有些距離，因此，基于圖象識(shí)別和語(yǔ)音識(shí)別相關(guān)的技術(shù)所能驅(qū)動(dòng)的業(yè)務(wù)，肯定會(huì)擺在第一優(yōu)先級(jí)的地位。

 從Mate 10真正能夠?qū)崿F(xiàn)的AI功能來(lái)說(shuō)，主要包括以下幾點(diǎn)：

 1）物體識(shí)別及卡路里計(jì)算。Mate 10能夠讓AI脫離網(wǎng)絡(luò)限制，手機(jī)本地就能進(jìn)行物體識(shí)別，分別將葡萄、蘋(píng)果、牛角包等物體放置在攝像頭前，它都能識(shí)別出食物名稱，并計(jì)算卡路里。

 2）AI美顏功能，通過(guò)Mate 10搭載的人臉識(shí)別技術(shù)，手機(jī)可以自動(dòng)檢測(cè)人臉并進(jìn)行美顏，每3秒鐘還能變換不同的動(dòng)態(tài)效果，即使在鏡頭前移動(dòng)，AI美顏也能精準(zhǔn)貼合。

 3）自動(dòng)回復(fù)及情緒識(shí)別。Mate 10能夠?qū)崿F(xiàn)文本實(shí)體提取、情緒識(shí)別、智能自動(dòng)回復(fù)等功能，比如聊天中輸入文字“今天發(fā)工資了”，就能自動(dòng)聯(lián)想出“”表情，輸入“戰(zhàn)狼2”就能自動(dòng)推薦觀影信息。

 4）AI降噪。通過(guò)深度學(xué)習(xí)算法，麒麟970能有效抑制噪音，增強(qiáng)語(yǔ)音信號(hào)，車(chē)噪場(chǎng)景下的語(yǔ)音識(shí)別率從80%提升到92%。

 5）拍照?qǐng)鼍白R(shí)別，目前Mate 10和Mate 10 Pro已經(jīng)經(jīng)過(guò)了1億張照片的訓(xùn)練，能夠智能識(shí)別13種場(chǎng)景和物體。 在攝像頭識(shí)別出鏡頭內(nèi)到底是什么場(chǎng)景/物體后（比如一朵靜止小花又或是一個(gè)奔跑的人類(lèi)），系統(tǒng)會(huì)根據(jù)該物體的屬性調(diào)整相機(jī)參數(shù)或是進(jìn)行主動(dòng)去糊，拍出更適合那個(gè)場(chǎng)景的照片。

 Mate 10搭載了微軟定制的AI驅(qū)動(dòng)語(yǔ)音翻譯系統(tǒng)，可通過(guò)NPU加速實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)文字交互翻譯和識(shí)圖翻譯，比傳統(tǒng)翻譯快了300%，能夠支持50國(guó)語(yǔ)言。與此同時(shí)，Mate 10系列里AI語(yǔ)音助手“小E”也進(jìn)行了功能升級(jí)。定鬧鐘、設(shè)日程、讀信息、刷微博，導(dǎo)航打車(chē)找吃的，等等等等，都可以通過(guò)呼喚小E語(yǔ)音助手完成，而且，小E并且可以基于用戶習(xí)慣和場(chǎng)景分析，定制個(gè)性化服務(wù)在手機(jī)的負(fù)一屏顯示。

 此外，華為Mate 10還有一個(gè)特殊的AI應(yīng)用，那就是通過(guò)分析本地?cái)?shù)據(jù)，嘗試?yán)斫庥脩舻膫€(gè)人的習(xí)慣，進(jìn)而在保證用戶體驗(yàn)盡可能不被影響的情況下，把后臺(tái)一些無(wú)效應(yīng)用給關(guān)閉掉。

 2）系統(tǒng)層面的AI優(yōu)化——如何讓AI運(yùn)用跑得最好

 對(duì)于AI應(yīng)用來(lái)說(shuō)，首先這個(gè)系統(tǒng)要在芯片的軟件層面跑起來(lái)，主要強(qiáng)調(diào)的是基于端側(cè)的CPU、GPU、NPU等的異構(gòu)調(diào)度能力。現(xiàn)在我們手機(jī)上所有東西都是通過(guò)APP應(yīng)用呈現(xiàn)的，而每一個(gè)APP都一定需要多種運(yùn)算，比如：只要手機(jī)在基本運(yùn)作，CPU肯定少不了；當(dāng)你開(kāi)了屏幕，GPU就要開(kāi)始繪圖；當(dāng)你開(kāi)了攝像頭，ISP就要打開(kāi)；當(dāng)你開(kāi)始進(jìn)行AI場(chǎng)景識(shí)別，NPU就要開(kāi)始運(yùn)行……

 所以，讓一個(gè)AI應(yīng)用能夠真正運(yùn)行得好，不是NPU一個(gè)單一組件的問(wèn)題，而是一個(gè)系統(tǒng)調(diào)配的過(guò)程。華為方面主要機(jī)型異構(gòu)軟件層面的優(yōu)化，讓不同運(yùn)算單元去執(zhí)行不同任務(wù)，同時(shí)保證整個(gè)軟硬件的功耗與反應(yīng)速度都是最優(yōu)的。

 對(duì)于軟件工程層面而言，則包括安卓系統(tǒng)的匹配優(yōu)化，以及面向第三方開(kāi)發(fā)者的HiAI平臺(tái)。

 Mate 10系列搭載華為EMUI 8.0系統(tǒng)，支持最新版本的安卓8.0。一方面，安卓系統(tǒng)本身對(duì)AI進(jìn)行了優(yōu)化，Mate 10需要對(duì)此進(jìn)行適配兼容；另一方面，由于安卓每次的新版本都和舊版的兼容性很差，每升級(jí)一次就會(huì)有大量的兼容性損失，為了不能讓產(chǎn)品上體現(xiàn)出這個(gè)問(wèn)題，工程師們需要花很大的精力去排查。

 面向第三方開(kāi)發(fā)者的HiAI平臺(tái)則非常值得一說(shuō)。HiAI全稱HiAI移動(dòng)計(jì)算平臺(tái)，開(kāi)發(fā)者可以通過(guò)它接入華為NPU，調(diào)用強(qiáng)大的AI計(jì)算功能。

 對(duì)于自己擁有AI開(kāi)發(fā)能力的、使用TensorFlow或者Caffee等架構(gòu)的APP開(kāi)發(fā)者來(lái)說(shuō)，在不改變自己訓(xùn)練模型的情況下，HiAI會(huì)給他們提供相應(yīng)的工具，讓開(kāi)發(fā)者可以快速遷移已有的模型到HiAI平臺(tái)。

 而對(duì)于普通APP開(kāi)發(fā)者來(lái)說(shuō)，HiAI將會(huì)提供已經(jīng)封裝好的語(yǔ)音識(shí)別、圖像識(shí)別等技術(shù)，開(kāi)發(fā)者們不需要自己做基礎(chǔ)AI研發(fā)，可以調(diào)用HiAI中封裝好的AI技術(shù)直接應(yīng)用。

 結(jié)語(yǔ)：從跟隨到引領(lǐng)，火熱的AI市場(chǎng)

 目前，AI行業(yè)正如火如荼的發(fā)展著，整個(gè)行業(yè)都呈現(xiàn)出一派興旺火熱的景象。算法層面，無(wú)數(shù)科研人員在人工智能的不同領(lǐng)域進(jìn)行研究，不僅出現(xiàn)了AlphaGo這類(lèi)“黑科技”，算法的應(yīng)用落地也在不停優(yōu)化；硬件層面，從GPU到各類(lèi)定制化AI芯片層出不窮，從半導(dǎo)體的硬件基礎(chǔ)上推動(dòng)計(jì)算力增長(zhǎng)。隨著算法+芯片這兩件事同時(shí)發(fā)生作用，AI計(jì)算力每年都有幾十甚至上百倍的提升。

 以前，由于性能與技術(shù)的限制，開(kāi)發(fā)者們對(duì)于AI應(yīng)用被限制在了云端。而現(xiàn)在，隨著算法和芯片的雙重加成，端智能能夠?yàn)锳I應(yīng)用開(kāi)發(fā)者解鎖更為廣闊的想象空間，手機(jī)可以支持更實(shí)時(shí)、更強(qiáng)大、更智能的AI應(yīng)用。

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