新基建浪潮下AI芯片的絕佳機(jī)遇 | CCF-GAIR 2020

疫情讓全球半導(dǎo)體行業(yè)的復(fù)蘇承壓，但新基建的引擎5G、AI 和智能計(jì)算等新一代高端芯片正在構(gòu)建全新生態(tài)。這是國(guó)際芯片巨頭尋找更多本地化合作的機(jī)會(huì)，更是中國(guó)芯片公司發(fā)展國(guó)產(chǎn)高端芯片的時(shí)代機(jī)遇。

2020年8月8日 2020 全球人工智能和機(jī)器人峰會(huì)（CCF-GAIR 2020）的AI芯片專場(chǎng)，來(lái)自學(xué)術(shù)界、產(chǎn)業(yè)界和投資界的6位大咖從AI芯片技術(shù)前沿、AI芯片的應(yīng)用及落地、RISC-V芯片推動(dòng)AI發(fā)展、新基建帶來(lái)的投資機(jī)遇共同探討新基建帶來(lái)的機(jī)遇。

CCF-GAIR 2020 峰會(huì)由中國(guó)計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)（CCF）主辦，香港中文大學(xué)（深圳）、雷鋒網(wǎng)聯(lián)合承辦，鵬城實(shí)驗(yàn)室、深圳市人工智能與機(jī)器人研究院協(xié)辦。從 2016 年的學(xué)產(chǎn)結(jié)合，2017 年的產(chǎn)業(yè)落地，2018 年的垂直細(xì)分，2019 年的人工智能 40 周年，峰會(huì)一直致力于打造國(guó)內(nèi)人工智能和機(jī)器人領(lǐng)域規(guī)模最大、規(guī)格最高、跨界最廣的學(xué)術(shù)、工業(yè)和投資平臺(tái)。

AI芯片技術(shù)前沿

清華大學(xué)高濱：基于憶阻器的存算一體芯片技術(shù)形成新的計(jì)算系統(tǒng)

近幾年，AI的發(fā)展對(duì)算力需求每年都是幾個(gè)數(shù)量級(jí)的增加，此時(shí)，傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的三大基石難以跟上算力需求的增加，需要?jiǎng)?chuàng)新的技術(shù)，但創(chuàng)新技術(shù)依舊面臨巨大的挑戰(zhàn)。

清華大學(xué)副教授高濱

清華大學(xué)副教授高濱題為《基于憶阻器的存算一體芯片技術(shù)》的分享從現(xiàn)代技術(shù)的演變、人工智能發(fā)展對(duì)硬件的挑戰(zhàn)、存算一體技術(shù)的研究進(jìn)展以及未來(lái)展望四個(gè)部分帶來(lái)分享。

現(xiàn)在各種各樣的計(jì)算系統(tǒng)本質(zhì)上都是圖靈機(jī)，有計(jì)算、存儲(chǔ)、I/O等模塊。這些傳統(tǒng)計(jì)算系統(tǒng)有三大基石：晶體管（構(gòu)成芯片最基礎(chǔ)的半導(dǎo)體器件）、布爾邏輯計(jì)算（給出一套計(jì)算規(guī)定）、馮諾伊曼架構(gòu)。

不過，一方面，隨著晶體管微縮面臨的各種物理挑戰(zhàn)越來(lái)越大，芯片算力的增加越來(lái)越難。另一方面，馮諾伊曼架構(gòu)的存算分離帶來(lái)了存儲(chǔ)墻問題。AI的發(fā)展面臨算力不足和能效低的挑戰(zhàn)。

要解決挑戰(zhàn)不僅需要從三個(gè)維度著手，更需要?jiǎng)?chuàng)新的技術(shù)。高濱表示：“器件層面，憶阻器可以把馮諾伊曼架構(gòu)里的處理、內(nèi)存、外存都融合在一起，構(gòu)建存算一體陣列，這也是存算一體最基本的要素。計(jì)算的范式層面，存算一體也從布爾邏輯計(jì)算變成了基于物理定律的模擬計(jì)算，架構(gòu)變成存算一體架構(gòu)。”

存算一體技術(shù)從硬件到軟件進(jìn)行革新，形成了一個(gè)新的計(jì)算系統(tǒng)。但因?yàn)閼涀杵鞯姆€(wěn)定性、計(jì)算誤差累積等問題，2018年以前完整的存算一體芯片和系統(tǒng)并沒有突破。高濱所在的清華大學(xué)錢鶴、吳華強(qiáng)團(tuán)隊(duì)在憶阻器、算法、架構(gòu)層創(chuàng)新，設(shè)計(jì)出全球首款全系集成的憶阻器存算一體芯片，用130納米的工藝制造出計(jì)算精度與28nm樹莓派CPU相當(dāng)?shù)臏?zhǔn)確度，速度快20倍，能效也比GPU高3個(gè)數(shù)量級(jí)。

存算一體是打破AI計(jì)算瓶頸的熱門技術(shù)，但與其它創(chuàng)新技術(shù)一樣，AI計(jì)算的創(chuàng)新技術(shù)依舊面臨很多挑戰(zhàn)，包括基礎(chǔ)理論、材料器件、電路系統(tǒng)、軟件工具鏈、算法應(yīng)用等。

AI芯片應(yīng)用及落地

英特爾夏磊：智能X效應(yīng)促進(jìn)行業(yè)應(yīng)用融合及迅速創(chuàng)新

AI的發(fā)展需要突破性技術(shù)，更需要產(chǎn)業(yè)化落地。英特爾的首席工程師、人工智能技術(shù)中國(guó)首席架構(gòu)師夏磊在《指數(shù)級(jí)技術(shù)創(chuàng)新，加速AI應(yīng)用落地》的主題演講中表示，我們進(jìn)入到了萬(wàn)物智能化的時(shí)代，對(duì)計(jì)算的能力和性能提出了更高的要求。英特爾提出了“智能 X 效應(yīng)”，指的是隨著大數(shù)據(jù)和網(wǎng)絡(luò)連接技術(shù)、5G的發(fā)展，AI可以把數(shù)據(jù)的互聯(lián)和處理效應(yīng)疊加起來(lái)，以乘法倍乘效應(yīng)，促進(jìn)行業(yè)應(yīng)用的融合及迅速創(chuàng)新。

英特爾的首席工程師，人工智能技術(shù)中國(guó)首席架構(gòu)師夏磊

英特爾是通過六大技術(shù)支柱（制程&封裝、XPU架構(gòu)、內(nèi)存&存儲(chǔ)、互聯(lián)、安全、軟件）的支持，希望通過指數(shù)級(jí)的創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)并驅(qū)動(dòng)“智能X時(shí)代”。當(dāng)然，英特爾也會(huì)提供更智能的連接、更智能的存儲(chǔ)、更智能的計(jì)算。

夏磊用三個(gè)具體的例子分享英特爾如何實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。在醫(yī)療領(lǐng)域，英特爾與匯醫(yī)慧影合作，利用匯醫(yī)慧影的AI算法，對(duì)于肺炎病灶的檢出率和準(zhǔn)確率達(dá)到96%；結(jié)合高效處理器和輕量級(jí)網(wǎng)絡(luò)模型等技術(shù)，提升算法效率，500+幅CT影像2-3秒即可完成診斷。

在“云-邊-端”智能工廠領(lǐng)域，英特爾與某著名大型電池制造企業(yè)的缺陷檢測(cè)與分析系統(tǒng)應(yīng)用于生產(chǎn)流水線，通過邊緣和云端的完整架構(gòu)實(shí)現(xiàn)，生產(chǎn)質(zhì)量達(dá)到1PPM，即每百萬(wàn)個(gè)產(chǎn)品缺陷率小于1。

在新興的5G通信，英特爾也與韓國(guó)SK Telecom一起探索，基于第二代至強(qiáng)可擴(kuò)展處理器平臺(tái)的端到端架構(gòu)，利用AI技術(shù)，通過預(yù)測(cè)網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量來(lái)檢測(cè)異常和實(shí)時(shí)管理網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量。

地平線黃暢：AI芯片需要一個(gè)更包容和開放的標(biāo)準(zhǔn)

一套統(tǒng)一的評(píng)價(jià)體系，對(duì)于行業(yè)的發(fā)展有著深遠(yuǎn)的意義。歷史上有很多常用的性能評(píng)估指標(biāo)，進(jìn)入到支持AI計(jì)算的時(shí)代，TOPS便成為普遍的標(biāo)準(zhǔn)之一。但AI芯片應(yīng)用場(chǎng)景眾多，目前尚未達(dá)成一套統(tǒng)一的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。地平線聯(lián)合創(chuàng)始人兼技術(shù)副總裁黃暢帶來(lái)《構(gòu)建與時(shí)俱進(jìn)的性能標(biāo)準(zhǔn)，讓AI芯片算力可感知》的主題演講，分享地平線對(duì)AI芯片性能評(píng)估的思考，并提出一個(gè)新的方法用以評(píng)估芯片的AI真實(shí)性能——MAPS (Mean Accuracy-guaranteed Processing Speed，在精度有保障范圍內(nèi)的平均處理速度)。

地平線聯(lián)合創(chuàng)始人兼技術(shù)副總裁黃暢

黃暢認(rèn)為，TOPS主要體現(xiàn)芯片的峰值算力，與實(shí)際使用過程中的利用率差異較大，AI Benchmark滯后于算法演進(jìn)，難以統(tǒng)一評(píng)估AI任務(wù)的“準(zhǔn)”和“快”。

源于對(duì)當(dāng)前現(xiàn)狀“選定模型比誰(shuí)快”的思考，地平線認(rèn)為需要一個(gè)更包容、更開放的評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，將AI芯片的理論峰值計(jì)算效能、有效利用率與AI算法效率結(jié)合在一起，并據(jù)此提出新的性能評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)MAPS，即針對(duì)應(yīng)用場(chǎng)景的特點(diǎn)，在精度有保障的前提下，包容所有與算法相關(guān)的選擇，評(píng)估芯片對(duì)數(shù)據(jù)的平均處理速度。通過動(dòng)態(tài)關(guān)注芯片完成AI任務(wù)的速度和精度，MAPS實(shí)現(xiàn)了對(duì)‘多快’和‘多準(zhǔn)’的可視化演示。

目前，這一評(píng)價(jià)體系還需要不斷完善和發(fā)展，地平線希望以此為業(yè)界同行提供一個(gè)評(píng)估芯片AI真實(shí)性能的全新視角。黃暢也表示所有的研究都要確定正確的目標(biāo)，AI芯片需要與時(shí)俱進(jìn)的性能標(biāo)準(zhǔn)，無(wú)論是在性能評(píng)價(jià)體系上，還是在AI芯片設(shè)計(jì)上，地平線都在不斷產(chǎn)生價(jià)值，作出貢獻(xiàn)。

RISC-V芯片推動(dòng)AI發(fā)展

睿思芯科王衛(wèi)：自由創(chuàng)新是RISC-V最大的優(yōu)勢(shì)

算力、算法和數(shù)據(jù)是在談?wù)揂I芯片時(shí)不得不提及的話題，三者共同促進(jìn)AI芯片的發(fā)展，但目前在算力提升的道路上正面臨摩爾定律失效等挑戰(zhàn)，提升算力需求需要急需新思路。深圳睿思芯科副總裁王衛(wèi)從RISC-V的角度出發(fā)，帶來(lái)《領(lǐng)域?qū)偌軜?gòu)促進(jìn)人工智能發(fā)展》的主題演講。

深圳睿思芯科副總裁王衛(wèi)

王衛(wèi)認(rèn)為，RISC-V可以通過向量的擴(kuò)展指令集運(yùn)算從硬件上加速矩陣運(yùn)算，正好符合當(dāng)下深度學(xué)習(xí)對(duì)矩陣運(yùn)算的高算力需求。RISC-V是提升算力的新途徑。

能耗比是AI芯片的一項(xiàng)重要指標(biāo)，適用于數(shù)據(jù)中心的AI芯片可以用水冷等高成本的方式降低能耗，但面向邊緣和終端，則需要采用不同的設(shè)計(jì)思路。尤其是新基建下物聯(lián)網(wǎng)的布局，功耗與成本將是AI芯片發(fā)展的重要參考要素。新興應(yīng)用場(chǎng)景也對(duì)AI芯片的創(chuàng)新提出要求。

王衛(wèi)指出，相比于開源和低成本，從芯片體系結(jié)構(gòu)的角度，RISC-V指令集中有著較為細(xì)致分工的不同功能模塊，模塊化結(jié)構(gòu)可以由客戶自由排列組合，定制成面向?qū)賾?yīng)用場(chǎng)景的，最有用最優(yōu)化的命令。自由創(chuàng)新是RISC-V最大的優(yōu)勢(shì)。

尤其是，越復(fù)雜的應(yīng)用對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的依賴性越大，即邊緣應(yīng)用對(duì)生態(tài)的依賴程度低。尚未構(gòu)建完整生態(tài)的RISC-V，會(huì)更早應(yīng)用于邊緣，推動(dòng)邊緣人工智能的發(fā)展。

新基建帶來(lái)的投資機(jī)遇

耀途資本楊光：芯片是抓住新基建機(jī)會(huì)的最小單元

耀途資本創(chuàng)始合伙人楊光從投資人的角度，在《數(shù)字新基建，半導(dǎo)體如何乘風(fēng)破浪？》的主題演講中指出，新基建作為一個(gè)大賽道能夠給半導(dǎo)體行業(yè)帶來(lái)大量基礎(chǔ)設(shè)施場(chǎng)景。

耀途資本創(chuàng)始合伙人楊光

新基建中的5G、數(shù)據(jù)中心、AI一直被認(rèn)為是半導(dǎo)體發(fā)展最關(guān)鍵的機(jī)遇，但正如沒有人能夠精確預(yù)測(cè)到4G讓短視頻井噴，也沒有人能夠在現(xiàn)在這個(gè)時(shí)點(diǎn)對(duì)預(yù)測(cè)5G等新基建引爆的殺手級(jí)應(yīng)用是消費(fèi)側(cè)的AR，還是行業(yè)側(cè)的自動(dòng)駕駛或是智慧工廠。

楊光認(rèn)為，雖然目前無(wú)法預(yù)測(cè)5G的“殺手級(jí)應(yīng)用”，但任何行業(yè)的發(fā)展都是基礎(chǔ)先行，更強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)，更強(qiáng)的帶寬，更多數(shù)據(jù)中心建設(shè)將是未來(lái)幾年里的發(fā)展趨勢(shì)，由此可以窺探半導(dǎo)體的發(fā)展和投資機(jī)遇。

“5G基建核心還是要看基站里的供應(yīng)鏈，這里面涉及基帶芯片、天線、功效、濾波器，這是半導(dǎo)體最大的機(jī)會(huì)所在。基站往后，還有傳輸設(shè)備、核心網(wǎng)，包括跟網(wǎng)絡(luò)交換、光傳輸和計(jì)算相關(guān)的，會(huì)有很多機(jī)會(huì)。”楊光表示，由于5G的頻譜發(fā)生了變化，射頻前端的功放器件需要新的材料，以氮化鎵為代表的新技術(shù)將有更多的應(yīng)用場(chǎng)景，耀途投資了GaN PA的至晟微。

除了在5G領(lǐng)域，涵蓋計(jì)算、存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)三大板塊的數(shù)據(jù)中心也在蓬勃發(fā)展。計(jì)算方面有寒武紀(jì)、耀途資本投資的壁仞科技和瀚博半導(dǎo)體等企業(yè)入局，存儲(chǔ)方面有閃存的長(zhǎng)江存儲(chǔ)和內(nèi)存的長(zhǎng)鑫存儲(chǔ)，以及存儲(chǔ)控制器領(lǐng)域有耀途資本投資的得一微電子等龍頭企業(yè)，網(wǎng)絡(luò)傳輸領(lǐng)域的光模塊里核心的電芯片和光芯片也有替代需求，耀途資本投資的硅光芯片公司賽勒科技就在這個(gè)賽道，總體來(lái)說(shuō)目前國(guó)產(chǎn)核心器件依然匱乏，替代才剛剛開始。

新一代的信息基礎(chǔ)建設(shè)誕生眾多新機(jī)會(huì)，芯片是抓住機(jī)會(huì)的最小單元。

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