最近,英特爾推出了第二代神經擬態芯片Loihi2和用于神經啟發應用程序的開源軟件框架Lava。并且,Loihi2采用Intel4工藝的預生產版本制造。使用極紫外光刻技術簡化布局設計規則,使得快速開發Loohi2成為可能。

在AI芯片方面,除了英特爾推出的神經擬態芯片,百度也在8月18日的百度世界大會上宣布第二代自研AI芯片——昆侖2正式量產。公布即量產,可以看出百度對于昆侖芯片的自信。

自1956年的Dartmouth學會上,人工智能的概念誕生。經過了半個多世紀的發展,麥卡錫提出的人工智能在機器人、語音識別、圖像識別等領域都不斷發展。而在人工智能發展的過程中,必然不會缺少的就是AI芯片。

目前對于AI芯片并沒有明確的定義,廣義上所有面向AI應用的芯片,包括訓練和推理應用的芯片都可以稱為AI芯片。

幾乎所有的科技巨頭都已開始布局,除了百度、英特爾兩家企業,特斯拉也推出了號稱全球算力最高的自研AI芯片。AI芯片行業巨頭英偉達市值一度被推至5000億以上。

AI芯片的市場注定是一場激烈的斗爭。

資本的涌入

2017年左右掀起了一輪新的AI熱潮。AlphaGo戰勝人類頂級棋手柯潔,橫掃圍棋界,一時間學界開始了又一輪的AI研究。

在最近三年級,AI芯片領域出現了兩筆超級融資,壁仞科技在新創18個月就融資超過47億元,創下國內芯片創業公司的最大融資記錄。摩爾線程成立不到一年,估值超百億,融資數十億。

就單從2021年開年后看,AI芯片行業至少有20多起公開融資,而已公布的投融資金額及加起來,合計已達到約200億人民幣,其中有至少8起單筆融資的金額逾10億人民幣,單筆最高融資達53．5億人民幣。

國內的云端AI芯片創業公司擁有超強的吸金能力。

致力于打造高性能GPU的沐曦集成電路有限公司8月27日宣布完成10億元人民幣A輪融資。

2021 年 1 月,燧原科技完成 18 億人民幣 C 輪融資。其實在去年 5 月,燧原科技就完成 7 億人民幣 B 輪融資,領投方為半導體產業基金武岳峰資本,老股東騰訊繼續跟投。

2021年3月1日,云端服務器級的通用高性能計算芯片的天數智芯宣布完成C輪12億元融資。

摩爾線程在成立后的短短100天,即獲深創投、紅杉資本中國基金、GGV紀源資本等眾多機構的青睞,融資金額已達數10億。

可重構存算AI芯片的提出者千芯半導體(TensorChip)在3月22日公布完成了數千萬人民幣融資。

9月22日,黑芝麻智能宣布今年已經完成數億美元的戰略輪及C輪兩輪融資。戰略輪由小米長江產業基金、富賽汽車等國內產業龍頭企業參與投資。

在深圳的墨芯人工智能,其自稱是唯一擁有動態稀疏和靜態稀疏技術的企業,在今年的1、3月份分別宣布獲得新融資。

如此強大的吸金能力,能夠看出資本方對于AI芯片企業的看好。

無論資本市場如何火熱,檢驗AI芯片創企們長期發展實力的關鍵準則,最終會回歸到產品實際性能和落地能力上來。

AI芯片落地難點

AI芯片已經進入肉搏期。相比起一度火熱的概念潮,目前比拼的是誰能夠率先落地產品、構建生態。

現在的問題成為了:進入了哪些場景?合作了哪些客戶?有沒有軟硬一體化方案?是否已經有標桿案例?

AI芯片落地難的原因可能有很多個。例如,神經網絡中的卷積運算加速對于功耗的增加,當算力翻倍,除了硬件成本增加,電力供應和電費成本更是一個瓶頸。從芯片技術到算法理論的創新,是一個原因。

還有芯片研發速度小于AI語言的研發速度,當出現合適的芯片時,其采用的AI語言可能已經過時。這對于能否量產打出了一個問號。

Rokid北京AI實驗室負責人高鵬在鈦媒體的采訪中說,“衡量一塊芯片成功與否的標準,就是看它能否大規模的應用于產品?！?云知聲創始人黃偉也曾表示:“我們的芯片是有客戶的,不是PPT造芯,更不是自嗨?！?/p>

落地難更重要的原因還是在應用場景的設計。缺乏殺手級應用使得現有的AI芯片沒有清晰的定位,無法高度優化PPA。支撐AI芯片的不僅僅是AI計算,更要面向場景,實現完整的功能。

“每個規格的芯片都有自己的特性,有些芯片非常便宜,性能就會差,無法支持諸如打斷喚醒這種前端能力,這類芯片就適合高性價比產品;像 Rokid KAMINO18這樣的AI 芯片,支持4麥陣列,就很適合智能音箱場景?！眻D靈機器人兒童事業部總監劉峰表示。

除去殺手級應用場景的缺乏,很多半導體投資人都表示,誰能在自己的產品賽道上率先突破生態,誰就能存活下來。

所謂的AI芯片生態指的是,芯片上整個軟件棧來支持AI框架,而AI應用程序則是基于這些框架開發的。軟件棧包括驅動程序、編譯器、函數庫、算字庫、工具包等等,是實現高性能、高通用性、高易用性,以及針對不同應用場景深度優化的關鍵。

生態搭建的難度和時間,遠比芯片開發要更難、更長。

安謀中國AI技術高級市場經理吳彤曾表示,ASIC定制類的AI芯片會在未來的五到十年內成為市場上的主流,與此同時,AI芯片領域專用架構(DSA)也將開始流行。

針對不同的應用場景,客戶的需求并不統一。一個可以商用的AI芯片除去自身芯片的研發,更多的時間還是花在了創造生態上。

在AI訓練芯片領域,國際巨頭英偉達一家獨大,云端訓練芯片上,很少有公司能夠突破英偉達生態。在英偉達快速擴大中,生態成為了他的“護城河”。在2019年,云廠商亞馬遜、谷歌、阿里巴巴中97．4%的人工智能加速器都部署了英偉達的圖形處理器。

生態的改變絕非一朝一夕的事。

國內廠商的芯片落地

2018年,騰訊戰略領投了燧原科技。燧原科技的通用AI訓練芯片專為人工智能計算領域而設計,基于這種芯片的AI加速卡、燧原智能互聯技術,以及“馭算”計算及編程平臺可實現深度全棧集成,為編程人員提供針對性的加速AI計算。

面向AI云端訓練,邃思2．0在7月份正式發布。

尺寸為57．5毫米×57．5毫米(面積為3306mm2),達到了芯片采用的日月光2．5D封裝的極限,與上代產品一樣采用格羅方德12nm工藝,單精度FP32算力為40TFLOPS,單精度張量TF32算力為160TFLOPS,整數精度INT8算力為320TOPS。

燧原產品的商業落地場景包括,液冷超大規模集群,加速視頻內容生產;強大的視覺能力,保駕護航金融安全;邊緣部署融合多數據,構建新型智能化交通;高效推理算力集群,建設園區AI視頻云。

中科寒武紀,寒武紀科技的終端智能處理器IP主要產品有2016年推出的寒武紀1A處理器、2017年推出的寒武紀1H處理器、2018年推出的寒武紀1M處理器;云端智能芯片及加速卡產品有2018年推出的思元100、2019年推出的思元270、2021年初正式亮相的思元290;邊緣智能芯片及加速卡為思元220,推出時間為2019年。

寒武紀科技面向云、邊、端三大場景研發了三種類型的芯片產品。

分別為終端智能處理器IP、云端智能芯片及加速卡、邊緣智能芯片及加速卡,并為上述三個產品線所有產品研發了統一的基礎系統軟件平臺(包含應用開發平臺)——Cambricon Neuware軟件開發平臺(適用于其所有芯片與處理器產品)。

中星微,于 2016 年 6 月率先推出全球頭先款具有深度學習能力的嵌入式神經網絡處理器(NPU)人工智能芯片——“星光智能一號”,其后又于 2018 年推出運算速度提高 16 倍、功耗降低50%、適用場景更廣的“星光智能二號”(NPU-II)人工智能芯片。

在今年9月的中關村論壇上,中星微發布了后摩爾時代下的新一代人工智能機器視覺芯片——“星光摩爾一號”。

“星光摩爾一號”是面向邊緣計算的人工智能機器視覺芯片,可廣泛應用于各類機器視覺邊緣計算。支持800萬像素的圖像處理、視頻編解碼、安全加解密和異構智能計算,其視頻編解碼提供國標SVAC2．0與H．265兩種格式的自由切換和轉碼,支持國標35114的A、B、C三種安全級別,提供4TOPS的深度學習峰值算力并支持多模融合智能計算框架。

地平線機器人(Horizon Robotics)。成立于 2015 年,總部在北京,創始人是前百度深度學習研究院負責人余凱。

地平線機器人在2021年先后發布了芯片征程5、Matrix 5平臺和Matrix SuperDrive整車智能解決方案,并將推出國內首個開源安全實時操作系統TogetherOS。9月15日,搭載了地平線旭日3芯片,科沃斯發布了最新一代掃地機器人地寶X1也成為了業內首款搭載AI專用芯片的掃地機器人。

除去掃地機器人芯片的使用,征程2則是商用落地的車規級AI芯片。該芯片現已應用于智能輔助駕駛、高級別自動駕駛、高精建圖與定位,以及智能座艙等智能駕駛場景?；谲浻步Y合的創新設計理念,可提供4 TOPS等效算力,典型功耗僅2瓦;而且具有極高的算力有效性,每TOPS算力可達同等算力GPU的10倍以上。

靈汐科技,類腦芯片KA200入選2021年世界互聯網領先科技成果“提名項目”。該系列產品可廣泛應用于云端和邊緣計算,滿足眾多傳統人工智能企業的智能化升級需求,促進智慧城市、智能網聯車等眾多相關行業的發展和變革。

不僅能高效支持類腦計算模型和大規模腦仿真,為腦科學領域提供有利工具。同時,還可助力構建更大、更快、更精準的功能級腦仿真平臺,推動腦科學與類腦算法的研究和類腦生態構建。

計算機科學與腦科學融合的類腦芯片KA200,采用異構融合眾核、存算一體的架構,單芯片集成25萬神經元和2500萬突觸,每秒超過16萬億次突觸計算,功耗近12瓦。KA200已經于2021年實現量產。

并且基于KA200構成了完整的產品體系,如類腦計算板卡、類腦計算模組、類腦服務器、軟件工具鏈和系統軟件以及類腦整體解決方案。

國內本土的AI芯片在不同場景應用中發力。

燧原科技面向云端訓練,瞄準具體商業落地場景;寒武紀科技面向云、邊、端三大場景研發了三種類型的芯片產品;中星微則布局嵌入式人工智能大規模商用,與AlphaGo這樣高算力、高功耗的服務器端AI不同,嵌入式人工智能應用需要小型化、低功耗、低成本的芯片,星光智能二號完美地符合了這些需求,攝像頭本身就具備AI邊緣計算功能。

落地應用前景

云端和邊緣端

作為AI算力的主要應用場景,AI芯片在云端發展需要解決算力性價比與通用性問題。算力性價比決定了人工智能應用的部署成本,而算力通用性及軟件生態決定著不同算法的遷移及開發成本。

在邊緣和終端這一側,AI芯片所面臨的挑戰是它們會被部署在各種各樣的應用環境中。即便在同一個垂直場景里,也需要考慮不同模塊之間的任務負載均衡問題。

賽靈思的單羿認為,FPGA因為有靈活可編程的優勢,可以根據場景的持續需求調整這些模塊之間的資源占用比例,從而達到全系統最優的效果。

ADAS/自動駕駛應用場景落地

地平線瞄準自動駕駛應用場景,在ADAS/自動駕駛應用場景下,AI芯片的核心價值就是實時處理行駛道路上的人、車、物等復雜環境的感知和決策。

目前,自動駕駛芯片在架構設計、研發投入與車規級應用等方面仍處于較為前期的探索過程中,特別是國產汽車芯片的市場份額還有待提升,因此,突破本土自動駕駛芯片技術的發展壁壘,將成為促進未來中國智能汽車產業發展的關鍵環節。

安防

安防是目前最為明確的AI芯片應用場景,主要任務是視頻結構化。攝像頭終端加入AI芯片,可以實現實時響應、降低帶寬壓力。也可以將推理功能集成在邊緣的服務器級產品中。

AI芯片要有視頻處理和解碼能力,主要考慮的是可處理的視頻路數以及單路視頻結構化的成本。

寫在最后

在AI芯片狂熱的背后,越來越多的關注點轉移到落地,中國的AI狂歡并不會持續太久。在“老大吃肉,老二喝湯”的半導體行業,AI芯片也具有這樣的屬性,每個產品線最后會跑出兩三家公司。不過這是未來的格局,現在的AI芯片市場,很符合一句話:讓子彈先飛一會。