AI芯片角逐剛剛開始,但未來只屬于少數(shù)玩家
AI芯片領域玩家眾多,作品也在不斷更新迭代。然而,到目前為止,完全符合描述和基準測試的AI芯片寥寥無幾。即便是谷歌的TPU,也不足以支撐起AI更為長遠的發(fā)展。
人工智能的崛起有三個基本要素:算法、數(shù)據(jù)和算力。當云計算廣泛應用,深度學習成為當下AI研究和運用的主流方式時,AI對算力的要求正快速提升。對AI芯片的持續(xù)深耕,就是對算力的不懈追求。
AI芯片方向眾多,企業(yè)集中于“初級”賽道
目前,在摩爾定律的驅(qū)動下,CPU可以在合理的算力、價格、功耗和時間內(nèi)為人工智能提供所需的計算性能。但AI的許多數(shù)據(jù)處理涉及矩陣乘法和加法,而CPU的設計與優(yōu)化是針對成百上千種工作任務進行的,所以用CPU來執(zhí)行AI算法,其內(nèi)部大量的其他邏輯對目前的AI算法來說是完全浪費的,無法讓CPU達到最佳的性價比。而面對爆發(fā)式的計算需求,通用芯片將更加無以為繼。
因此,具有海量并行計算能力、能夠加速AI計算的AI芯片應運而生。面對不斷增多的B端應用場景,越來越多的AI芯片公司加入角逐。
實際上,AI芯片的研發(fā)有兩個不同的方向:第一,在現(xiàn)有的計算架構(gòu)上添加專用加速器,即“AI加速芯片”,它是確定性地加速某類特定的算法或任務,從而達到目標應用領域?qū)λ俣、功耗、?nèi)存占用和部署成本等方面的要求。
第二,完全重新開發(fā),創(chuàng)造模擬人腦神經(jīng)網(wǎng)絡的全新架構(gòu),即“智能芯片”。它讓芯片像人一樣能使用不同的AI算法進行學習和推導,處理包含感知、理解、分析、決策和行動的一系列任務,并且具有適應場景變化的能力。目前,這類芯片的設計方法有兩種:一種是基于類腦計算的“神經(jīng)擬態(tài)芯片”;另一種是基于可重構(gòu)計算的“軟件定義芯片”。
“智能芯片”仍處于初期開發(fā)階段,不適合商業(yè)應用。因此,企業(yè)們目前主要采用的方法是在現(xiàn)有的計算架構(gòu)上添加人工智能加速器。AI加速芯片的研發(fā)也分為兩種主要的方式:一種是利用已有的GPU、眾核處理器、DSP、FPGA芯片來做軟硬件優(yōu)化;另一種則是設計專用的芯片,也就是ASIC。
GPU、FPGA以及ASIC已成為當前AI芯片行業(yè)的主流。其中GPU算是目前市場上AI計算最成熟、應用最廣泛的通用型芯片了,這是一種由大量核心組成的大規(guī)模并行計算架構(gòu),專為同時處理多重任務而設計的芯片。GPU桌面和服務器市場主要由英偉達、AMD瓜分,移動市場以高通、蘋果、聯(lián)發(fā)科等眾多公司為主。
ASIC是一種為特定目的、面向特定用戶需求設計的定制芯片,性能強、體積小、功耗低、可靠性高。在大規(guī)模量產(chǎn)的情況下,還具備成本低的特點。近年來,越來越多的公司開始采用ASIC芯片進行深度學習算法加速,其中表現(xiàn)最為突出的就是TPU。這是谷歌為提升AI計算能力同時大幅降低功耗,專為機器學習全定制的人工智能加速器專用芯片,性能非常出眾。此外,國內(nèi)企業(yè)寒武紀開發(fā)的Cambricon系列處理器也廣泛受到了關注。ASIC的全球市場規(guī)模從2012年的163億美元增長到2017年257億美元,預計未來5年將保持18.4%年復合增長,到2022年達到597億美元。目前,市場格局還比較碎片化。
FPGA集成了大量的基本門電路以及存儲器,其靈活性介于CPU、GPU等通用處理器和專用集成電路ASIC之間。我國在這方面剛剛起步,與FPGA四大巨頭賽靈思、英特爾、萊迪思、美高森美存在著巨大的差距。從市場份額來看,賽靈思和英特爾合計占到市場的90%左右,其中賽靈思超過50%。2017年,F(xiàn)PGA的全球市場規(guī)模為59.6億美元,預計到2023年將達到98.0億美元。
AI的發(fā)展還處于起步階段,AI芯片也主要是朝“AI加速芯片”這個方向前行。人工智能計算發(fā)展大致需要經(jīng)歷三個階段:傳統(tǒng)智能計算、基于深度學習的智能計算、基于神經(jīng)擬態(tài)的智能計算。而對于針對第三個階段的神經(jīng)擬態(tài)芯片,目前鮮少有企業(yè)涉及,要在未來成為主流還有相當長的一段路要走。不過,英特爾已在2018年國際消費電子展上展示出了Loihi,這是一種基于14nm的新型神經(jīng)擬態(tài)計算芯片,采用異構(gòu)設計,由128個Neuromorphic Core(神經(jīng)形態(tài)的核心)+3個低功耗的英特爾X86核心組成,號稱擁有13萬個神經(jīng)元和1.3億個觸突。
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