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人工智能芯片發(fā)展需找準(zhǔn)突破點

2019-09-02 08:25:38

來源: 經(jīng)濟參考報

  作為人工智能(AI)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基石,AI芯片近年來發(fā)展迅猛,眾多企業(yè)紛紛布局。然而,在日前于上海舉行的2019世界人工智能大會上,業(yè)界人士表示,當(dāng)前AI芯片發(fā)展看似火熱,其實全球AI芯片產(chǎn)業(yè)尚處于“嬰兒期”,未來發(fā)展仍需找準(zhǔn)突破點。

  AI芯片需求廣闊迎來爆發(fā)

  算力是人工智能發(fā)展的關(guān)鍵因素之一,隨著深度學(xué)習(xí)算法的普及應(yīng)用,人工智能對算力提出了更高要求,傳統(tǒng)的CPU架構(gòu)無法滿足深度學(xué)習(xí)對算力的需求,因此,具有海量數(shù)據(jù)并行計算能力、能夠加速計算處理的人工智能芯片應(yīng)運而生。

  近年來,AI芯片產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛,眾多企業(yè)紛紛布局。結(jié)合應(yīng)用場景和功能劃分來看,AI芯片設(shè)計可分為云端訓(xùn)練、云端推斷、終端推斷三部分。其中云端訓(xùn)練芯片主要以英偉達的GPU為主,新入競爭者是谷歌的TPU,深耕FPGA的企業(yè)包括XILINX、英特爾。在云端推斷方面,各企業(yè)呈現(xiàn)出百家爭鳴局面,代表企業(yè)有AMD、谷歌、英偉達、百度、寒武紀(jì)等。在終端推斷方面,移動終端、自動駕駛等應(yīng)用場景需求逐漸爆發(fā),布局企業(yè)包括傳統(tǒng)芯片巨頭和初創(chuàng)企業(yè),如高通、華為海思、地平線、寒武紀(jì)、云知聲等。

  賽迪顧問在 2019世界人工智能大會上發(fā)布的《中國人工智能芯片產(chǎn)業(yè)發(fā)展白皮書》顯示,受宏觀政策環(huán)境、技術(shù)進步與升級、人工智能應(yīng)用普及等眾多利好因素影響,2018年中國AI芯片市場規(guī)模達到80.8億元,同比增長50.2%。

  在地方政府加快推進公有云、私有云、數(shù)據(jù)中心等建設(shè)的拉動下,2018年中國云端訓(xùn)練芯片市場份額達到51.3%。中國AI芯片市場規(guī)模依然以云端訓(xùn)練芯片為主,隨著中國人工智能應(yīng)用需求不斷落地,未來本地化運算將是人工智能發(fā)展的趨勢之一,終端推斷芯片也將迎來新的發(fā)展機遇。

  目前來看,華北、華東和中南地區(qū)穩(wěn)居中國AI芯片區(qū)域市場三甲,是中國AI芯片市場發(fā)展最為領(lǐng)先的區(qū)域,市場總體規(guī)模占據(jù)全國領(lǐng)先位置;在市場增速方面,隨著西部地區(qū)加快投入大數(shù)據(jù)中心建設(shè),西南、西北地區(qū)的云端AI 芯片市場規(guī)模呈現(xiàn)高速增長,市場份額進一步提升。

  人工智能應(yīng)用市場的爆發(fā),使得以基礎(chǔ)層為核心的AI芯片受到資本的廣泛關(guān)注。最近一年多來,寒武紀(jì)、燧原科技、比特大陸、地平線等多家廠商宣布獲得融資消息。獲得投融資的廠商希望能夠進一步提高AI芯片技術(shù)研發(fā)水平,并加速AI芯片產(chǎn)品規(guī)模商業(yè)化,增強市場對其未來收益的預(yù)期。

  不過,賽迪顧問總裁孫會峰表示:“當(dāng)前,中國乃至全球AI芯片產(chǎn)業(yè)仍處于產(chǎn)業(yè)化早期階段”。他說,隨著5G、物聯(lián)網(wǎng)時代來臨,預(yù)計未來三年中國AI芯片市場規(guī)模仍將保持50%以上增長速度,到2021年將達到305.7億元。另外,以邊緣計算為主的AI芯片將迎來一輪投資熱潮。

  “近年來,我國在芯片和軟件領(lǐng)域攻克了一些關(guān)鍵技術(shù)難關(guān),為人工智能芯片創(chuàng)新奠定了好的基礎(chǔ)?!惫I(yè)和信息化部相關(guān)負責(zé)人表示,工信部在推動人工智能產(chǎn)業(yè)發(fā)展方面主要聚焦在幾個方面,其中之一即聚焦核心技術(shù),圍繞人工智能芯片、算法、開源開放平臺等關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展,加大資源投入。

  喧囂背后市場痛點猶存

  AI芯片已成為中外科技企業(yè)競爭的焦點之一,以至于清華大學(xué)微電子所所長魏少軍用“無產(chǎn)業(yè)不AI,無應(yīng)用不AI,無芯片不AI”這樣的話語描述當(dāng)下的人工智能熱潮。

  在市場格局上,作為傳統(tǒng)芯片巨頭,英偉達目前占據(jù)著AI芯片市場的霸主地位。通過積極布局,高通在移動領(lǐng)域的AI芯片市場擁有較強的話語權(quán)。阿里巴巴、亞馬遜在AI芯片領(lǐng)域的布局也已初見雛形。如寒武紀(jì)、地平線、比特大陸等其他 AI芯片初創(chuàng)企業(yè)的發(fā)展前景同樣值得期待。

  在專家看來,隨著機器學(xué)習(xí)等技術(shù)的快速發(fā)展,人工智能產(chǎn)業(yè)發(fā)展正以其高端的新興技術(shù)、巨大的商業(yè)價值、廣闊的應(yīng)用前景和龐大的產(chǎn)業(yè)空間,成為新的重要經(jīng)濟增長點。伴隨著人工智能各種應(yīng)用場景的普及與發(fā)展,海量多維的數(shù)據(jù)將在云端以及邊緣側(cè)展開大量處理計算,芯片也面臨更加廣泛以及多樣化的需求,這對AI芯片的計算架構(gòu)、運算能力、場景與算法適用性、安全可控等都提出了新的課題與挑戰(zhàn)。

  目前,AI芯片技術(shù)主流路徑有GPU、FPGA、ASIC等,其中GPU、FPGA是較為成熟的芯片架構(gòu),ASIC是針對特定應(yīng)用場景的專用芯片。GPU架構(gòu)的芯片能滿足深度學(xué)習(xí)大量計算需求,釋放人工智能的潛能,但缺點在于功耗較高;FPGA架構(gòu)的芯片具有足夠的計算能力、較低試錯成本和足夠的靈活性,缺點在于價格較高、編程復(fù)雜;ASIC架構(gòu)的芯片能夠在特定功能上進行強化,具有更高的處理速度和更低能耗,但缺點是成本高,有用量足夠大時才能夠降低成本,而且由于是定制化,可復(fù)制性一般。

  據(jù)計算機視覺公司云從科技副總裁張立介紹,傳統(tǒng)芯片企業(yè)通常更關(guān)注是如何把芯片做成通用化,以支持各種不同應(yīng)用場景。但這樣的通用化,在AI場景落地時會遇到問題,比如公司對AI芯片考慮較多的是單位功耗,而芯片企業(yè)對功耗要求可能不是首要優(yōu)先級。公司在將AI場景落地的過程中,發(fā)現(xiàn)通用芯片完全滿足不了需求。這給從事AI解決方案和核心算法的企業(yè)帶來了難題——公司的算法是統(tǒng)一的,但需要在不同的場景適配不同的芯片和模組。

  “目前,AI芯片發(fā)展還處在嬰兒期”。張立表示,現(xiàn)在企業(yè)使用的很多AI芯片因為工藝要求較高,很難在大陸流片,都是在臺積電進行流片。同時,也正因這工藝復(fù)雜度較高,導(dǎo)致芯片價格較高,使得下游很多使用其模組的產(chǎn)品無法量產(chǎn)。

  作為國內(nèi)邊緣側(cè)AI芯片領(lǐng)域的先行者,嘉楠科技早在2016年就掌握了16nm制程工藝,之所以現(xiàn)階段的AI芯片制程工藝仍為28nm,主要也是受出貨量的限制。

  嘉楠科技CEO張楠賡表示,從功耗角度而言,很多云端訓(xùn)練的AI模型無法順利部署至邊緣側(cè)設(shè)備,應(yīng)用場景也無法支持較高的芯片功耗。雖然一些云端芯片巨頭也在向邊緣側(cè)延伸,但是裁剪AI算法去適配芯片更多體現(xiàn)了巨頭們削足適履的局限。對嘉楠科技而言,從事邊緣側(cè)芯片的開發(fā)就是在“帶著鐐銬舞蹈”,要在功耗和成本的嚴(yán)格約束下,不斷提升算力,適配場景,提升芯片的專用性。

  AI芯片發(fā)展需探索新路徑

  “我們離人工智能還有多遠?目前很多企業(yè)所做的只是增強智能而不是真正的人工智能,離真正的人工智能還差得很遠”。魏少軍表示,人工智能網(wǎng)絡(luò)能夠崛起取決于三個因素,算法、數(shù)據(jù)和算力。當(dāng)前,AI芯片面臨兩個現(xiàn)實問題:其一,算法仍在不斷演進,新算法層出不窮,每隔幾個月算法就發(fā)生新的變化;其二,一種算法對應(yīng)一種應(yīng)用,沒有統(tǒng)一的算法,而讓芯片處理不同的算法十分困難。

  在魏少軍看來,AI芯片應(yīng)該具備的要素包括可編程性、架構(gòu)的動態(tài)可變性、高效的架構(gòu)變換能力、高計算效率、高能耗效率、低成本等。按照這些要求,目前業(yè)界流行的一些作法均不是理想的架構(gòu)。過去幾年,AI芯片領(lǐng)域一個重要變化就是架構(gòu)的變化。人工智能芯片不在于追求算力,而在于架構(gòu)創(chuàng)新。業(yè)界也需要找到一種針對人工智能計算的全新計算引擎。

  針對國產(chǎn)AI芯片的發(fā)展,中國工程院院士倪光南表示,芯片設(shè)計門檻極高,只有極少數(shù)企業(yè)能夠承受中高端芯片研發(fā)成本,這也制約了芯片領(lǐng)域創(chuàng)新。我國可以借鑒開源軟件成功經(jīng)驗,降低創(chuàng)新門檻,提高企業(yè)自主能力,發(fā)展國產(chǎn)開源芯片。

  “開源軟件正成為當(dāng)前軟件產(chǎn)業(yè)的主流,芯片產(chǎn)業(yè)也可以采用開源這種模式”。倪光南表示,目前在芯片開發(fā)方面,新的RISC—V指令集是一種能夠降低處理器芯片IP成本的新模式。用戶可以自由免費使用RISC-V進行CPU設(shè)計、開發(fā)并添加自有指令集進行拓展等。RISC-V對于當(dāng)前國家提倡的智能+新一代信息技術(shù)、新一代人工智能技術(shù)的發(fā)展等,都是很好的支撐。

  賽迪顧問認(rèn)為,人工智能芯片未來將呈現(xiàn)新發(fā)展趨勢——芯片開發(fā)將從技術(shù)難點轉(zhuǎn)向場景痛點。目前,人工智能芯片設(shè)計更多是從技術(shù)角度出發(fā),以滿足特定性能需求。未來,芯片設(shè)計需要從應(yīng)用場景出發(fā),借助場景落地實現(xiàn)規(guī)模發(fā)展。而且,現(xiàn)在應(yīng)用于AI領(lǐng)域的芯片多為特定場景設(shè)計,不能靈活適應(yīng)多場景需求,未來需要專門為人工智能設(shè)計的靈活、通用的芯片,成為人工智能領(lǐng)域的“中央處理器”。另外,現(xiàn)階段AI芯片產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方式主要以企業(yè)為主體,產(chǎn)品上下游企業(yè)的運營和管理相對獨立,但同環(huán)節(jié)的企業(yè)卻高度競爭,未來產(chǎn)業(yè)發(fā)展應(yīng)以合作為主線,形成產(chǎn)業(yè)生態(tài)。(記者 高少華)

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