人工智能芯片發(fā)展現(xiàn)狀與前景預(yù)判
時(shí)間：2017-10-19
信息產(chǎn)業(yè)與技術(shù)研究部 陳健
在海量數(shù)據(jù)、深度學(xué)習(xí)算法和高性能計(jì)算力的推動(dòng)下，人工智能技術(shù)不斷取得突破性進(jìn)展。根據(jù)Gartner發(fā)布的2017年技術(shù)成熟度曲線，深度學(xué)習(xí)、機(jī)器學(xué)習(xí)、自動(dòng)駕駛汽車、認(rèn)知計(jì)算等多項(xiàng)人工智能技術(shù)正處于曲線巔峰，Gartner預(yù)計(jì)，人工智能將成為未來十年最具顛覆性的技術(shù)。人工智能芯片快速發(fā)展，以GPU、FPGA等加速器為代表的人工智能云計(jì)算平臺，和以NPU為代表的移動(dòng)計(jì)算平臺代表了產(chǎn)業(yè)化的兩個(gè)重要方向。
以GPU、FPGA等通用芯片作為加速器應(yīng)用廣泛。GPU適用于處理大規(guī)模并行計(jì)算，在深度學(xué)習(xí)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，英偉達(dá)憑借超強(qiáng)的GPU性能成為人工智能芯片霸主，公司營收年度增速超過100%。2017年5月，英偉達(dá)發(fā)布新一代架構(gòu)（Volta）GPU GV100，機(jī)器學(xué)習(xí)訓(xùn)練速度比上一代產(chǎn)品提升約3倍、推理性能提升約10倍。研究報(bào)告顯示，Xilinx、Altera共同占據(jù)FPGA市場85%的份額，隨著英特爾收購Altera，IBM與Xilinx開展深度合作，F(xiàn)PGA將在基于x86、Power兩大架構(gòu)的深度學(xué)習(xí)計(jì)算中占據(jù)重要地位。此外還有谷歌開發(fā)的TPU，和英特爾首款為深度學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)的基于x86眾核架構(gòu)的芯片Knights Mill。全球云服務(wù)商通過在數(shù)據(jù)中心中導(dǎo)入加速芯片提升機(jī)器學(xué)習(xí)計(jì)算性能，開發(fā)深度學(xué)習(xí)工具打造人工智能云計(jì)算平臺，通過云服務(wù)的形式為人工智能技術(shù)開發(fā)企業(yè)提供計(jì)算力。
NPU為代表的人工智能專用芯片。在移動(dòng)終端人工智能應(yīng)用需求的推動(dòng)下，面向移動(dòng)計(jì)算的低功耗人工智能專用芯片興起。IBM True North芯片和隨機(jī)相變神經(jīng)元芯片代表了一類類腦計(jì)算——神經(jīng)擬態(tài)計(jì)算——的兩個(gè)層面：神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)層和神經(jīng)元層。2016年，中國科學(xué)院計(jì)算技術(shù)研究所發(fā)布全球首款能夠深度學(xué)習(xí)的NPU芯片——寒武紀(jì)“Dian Nao”芯片，面向認(rèn)知計(jì)算應(yīng)用，在人臉識別、語音識別等領(lǐng)域占據(jù)優(yōu)勢。蘋果開發(fā)了基于ASIC的深度學(xué)習(xí)解決方案——神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)引擎模塊，聚焦語音識別和圖像識別領(lǐng)域，支持Face ID解鎖技術(shù)。隨著專用芯片的成熟，人工智能計(jì)算硬件在移動(dòng)端的應(yīng)用落地。2017年9月，華為和蘋果相繼推出新一代手機(jī)處理器，麒麟970搭載寒武紀(jì)NPU處理器，A11 Bionic內(nèi)嵌“神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)引擎”模塊，人工智能硬件首次應(yīng)用于智能手機(jī)。
人工智能專用芯片市場前景廣闊。人工智能專用芯片在智能手機(jī)中的成功應(yīng)用，將開啟智能硬件的下一個(gè)趨勢，即在智能硬件中嵌入人工智能計(jì)算單元。考慮到當(dāng)前智能硬件的巨大出貨量，這一趨勢將創(chuàng)造人工智能專用芯片的巨量市場需求。僅智能手機(jī)一項(xiàng)，隨著各主流品牌跟進(jìn)華為和蘋果，人工智能手機(jī)芯片出貨量有望在未來數(shù)年突破億顆甚至10億顆。