算法的不斷迭代、算力的不斷提升和數(shù)據(jù)量的激增激發(fā)了人工智能產(chǎn)業(yè)在近年來(lái)的快速發(fā)展，2018年更是有望全面迎來(lái)人工智能技術(shù)規(guī)模應(yīng)用的拐點(diǎn)。AI芯片作為人工智能產(chǎn)業(yè)的核心，也是技術(shù)要求和附加值最高的環(huán)節(jié)，產(chǎn)業(yè)價(jià)值和戰(zhàn)略地位遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于應(yīng)用層，這也是國(guó)內(nèi)外科技巨頭紛紛布局AI芯片的重要原因。國(guó)內(nèi)科技巨頭阿里巴巴宣布開(kāi)始自主研發(fā)AI芯片，此前美國(guó)科技巨頭谷歌、蘋果、微軟、Facebook也紛紛開(kāi)始自主研發(fā)AI芯片，英特爾、高通、英偉達(dá)、AMD、賽靈思等在各自領(lǐng)域中有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)的傳統(tǒng)芯片巨頭也都有自家的AI芯片。針對(duì)不同的AI應(yīng)用場(chǎng)景，定制芯片的適用性明顯高于通用芯片，這對(duì)AI芯片行業(yè)又意味著什么？本次邀請(qǐng)華夏芯(北京)通用處理器技術(shù)有限公司CEO李科奕，對(duì)目前人工智能風(fēng)口下的芯片發(fā)展進(jìn)行探討!

　　Q：a&s總經(jīng)理、總編輯關(guān)玉娟

　　A：華夏芯(北京)通用處理器技術(shù)有限公司CEO李科奕

　　Q：請(qǐng)問(wèn)過(guò)去十幾年，安防行業(yè)的芯片供應(yīng)商的格局發(fā)生了什么變化?

　　A： 在過(guò)去的十幾年里，安防領(lǐng)域的半導(dǎo)體芯片廠商一直追求打造一個(gè)針對(duì)所有市場(chǎng)的大一統(tǒng)平臺(tái)(例如德州儀器、華為海思的某一款視頻監(jiān)控芯片都曾一度占據(jù)了中國(guó)70%的視頻監(jiān)控市場(chǎng))。隨著安防市場(chǎng)越來(lái)越細(xì)分和多家中小型芯片公司的介入，一款芯片打天下的時(shí)代已經(jīng)結(jié)束了。但是，如果稍微研究一下摩爾定律的話，可以發(fā)現(xiàn)目前芯片行業(yè)面臨的最大挑戰(zhàn)在于設(shè)計(jì)復(fù)雜集成電路的成本正在快速增加，而這正在扼殺應(yīng)用的定制化設(shè)計(jì)能力。隨著集成電路工藝制程越來(lái)越先進(jìn)，IP越來(lái)越復(fù)雜，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)越來(lái)越龐大，產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期越來(lái)越長(zhǎng)，相應(yīng)的研發(fā)投入越來(lái)越高，而市場(chǎng)卻呈現(xiàn)碎片化、細(xì)分化的趨勢(shì)。針對(duì)新工藝制程的巨額芯片設(shè)計(jì)、制造費(fèi)用，導(dǎo)致對(duì)應(yīng)的芯片銷量的盈虧平衡點(diǎn)就越來(lái)越高。市場(chǎng)的碎片化、細(xì)分化與芯片設(shè)計(jì)、制造投入越來(lái)越高的矛盾決定了芯片廠商和終端設(shè)備廠商必須采用新的商業(yè)模式或者技術(shù)路徑應(yīng)對(duì)這一新的行業(yè)趨勢(shì)。

　　在這種情況下，像華為這樣的芯片廠商開(kāi)始利用其芯片優(yōu)勢(shì)進(jìn)入終端設(shè)備市場(chǎng)。而越來(lái)越多的終端設(shè)備廠商開(kāi)始研發(fā)、定制芯片，例如：特斯拉、Facebook、微軟、谷歌等公司都已涉足芯片行業(yè)。這種涉及芯片行業(yè)的方式分為兩種，一種是建立研發(fā)團(tuán)隊(duì)，自己研發(fā)，另外一種就是與專業(yè)芯片設(shè)計(jì)廠商合作，根據(jù)需求實(shí)現(xiàn)定制化開(kāi)發(fā)。在安防監(jiān)控行業(yè)，?？低?、大華股份等大型安防設(shè)備廠商為了保持其核心競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，都開(kāi)始自己研發(fā)或者和專業(yè)的芯片公司合作定制開(kāi)發(fā)芯片。

　　Q：在安防監(jiān)控領(lǐng)域，包括芯片的主流技術(shù)、商業(yè)環(huán)境、產(chǎn)品形態(tài)會(huì)發(fā)生什么樣的變化?

　　A：環(huán)境是在快速變化當(dāng)中，例如安防監(jiān)控的硬件設(shè)備發(fā)展從當(dāng)初普通的標(biāo)清攝像機(jī)到高清攝像機(jī)，又進(jìn)化到了帶人工智能的攝像機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)了目標(biāo)識(shí)別、目標(biāo)追蹤和人臉識(shí)別等功能，這些都是由技術(shù)突破帶來(lái)的新的商業(yè)化機(jī)遇。

　　安防監(jiān)控行業(yè)對(duì)芯片的需求也在發(fā)生變化，比如從早期德州儀器的DSP芯片，發(fā)展到后來(lái)的專用視頻監(jiān)控芯片(例如華為海思給?？低曁峁┑腁SIC芯片)。過(guò)去在設(shè)計(jì)安防監(jiān)控的ASIC芯片時(shí)，針對(duì)不同的應(yīng)用場(chǎng)景，如車牌識(shí)別等，是采用設(shè)計(jì)不同的硬件算子來(lái)實(shí)現(xiàn)。而正在興起的人工智能時(shí)代對(duì)芯片的需求又不一樣了。隨著以深度學(xué)習(xí)為代表的人工智能應(yīng)用的出現(xiàn)，采用硬件算子的方式，很難滿足用戶對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法在不同應(yīng)用場(chǎng)景下的二次開(kāi)發(fā)需求，于是出現(xiàn)了支持深度學(xué)習(xí)的AI專用芯片。但是，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的算法還在不斷演進(jìn)和推陳出新當(dāng)中，單純的人工智能專用芯片很難滿足算法升級(jí)的靈活性以及可編程使用的便利性要求。現(xiàn)階段，比較好的做法是采用通用計(jì)算+專用計(jì)算的設(shè)計(jì)方式，將CPU、DSP、GPU及CNN加速引擎等通用及專用的計(jì)算單元集成在一顆SoC上，這也就是目前十分熱門的異構(gòu)計(jì)算架構(gòu)。谷歌新任董事長(zhǎng)、計(jì)算機(jī)架構(gòu)大師Hennessy就認(rèn)為：采用異構(gòu)計(jì)算架構(gòu)將成為AI芯片設(shè)計(jì)趨勢(shì)。所謂的異構(gòu)計(jì)算——即將通用計(jì)算單元與專用計(jì)算單元結(jié)合起來(lái)。通俗地說(shuō)，指的是一塊芯片系統(tǒng)中，中央處理器(CPU)、圖像處理器(GPU)、信號(hào)處理器(DSP)、AI專用處理器等通用計(jì)算和專用計(jì)算單元在物理設(shè)計(jì)和編程使用上能夠高效融合、協(xié)調(diào)。這樣的設(shè)計(jì)，既可以通過(guò)通用計(jì)算支持算法升級(jí)上的靈活性，又可以有效利用專用計(jì)算單元在特定算法上的超強(qiáng)計(jì)算效率。

　　以全球異構(gòu)系統(tǒng)架構(gòu)(HSA，Heterogeneous System Architecture)聯(lián)盟為代表的異構(gòu)計(jì)算的興起，這是中國(guó)芯片設(shè)計(jì)行業(yè)一個(gè)新機(jī)遇。華夏芯作為HSA聯(lián)盟的主席單位，致力于推動(dòng)中國(guó)異構(gòu)計(jì)算的發(fā)展，希望異構(gòu)計(jì)算的優(yōu)勢(shì)能夠在芯片設(shè)計(jì)中體現(xiàn)出來(lái)，讓芯片更好地為服務(wù)于應(yīng)用廠商。

　　從市場(chǎng)的變化反饋到芯片設(shè)計(jì)的變化，人工智能應(yīng)用的興起代表著一個(gè)新時(shí)代的到來(lái)：即計(jì)算的本身也從原來(lái)的通用計(jì)算、專用計(jì)算過(guò)渡到了通用+專用的異構(gòu)計(jì)算階段。人工智能的碎片化應(yīng)用場(chǎng)景意味著終端廠商對(duì)芯片很多的定制化需求，這是一個(gè)新業(yè)態(tài)下的新趨勢(shì)。

　　Q：請(qǐng)介紹貴司與傳統(tǒng)安防應(yīng)用芯片設(shè)計(jì)廠商的差異?

　　A：好的，首先公司和安防領(lǐng)域傳統(tǒng)的芯片公司情況不太一樣。第一個(gè)區(qū)別：我們的核心IP都是自主研發(fā)設(shè)計(jì)的，而安防領(lǐng)域傳統(tǒng)芯片公司的關(guān)鍵IP（知識(shí)產(chǎn)權(quán)）一般來(lái)源于第三方的許可，例如在安防監(jiān)控中用得很廣的華為海思的SoC芯片，其核心的IP如CPU、并行計(jì)算引擎等這些都是許可自Arm公司的，而我們則不需要通過(guò)第三方去許可CPU、DSP、CNN等計(jì)算單元或IP核，完全都是自己的。

　　第二個(gè)區(qū)別：我們的戰(zhàn)略定位是成為下游客戶的深度戰(zhàn)略合作伙伴，這便意味著我們自己不面向市場(chǎng)推芯片。我們的產(chǎn)品有2個(gè)，一是設(shè)計(jì)定制，即利用自主研發(fā)的芯片技術(shù)為客戶設(shè)計(jì)定制芯片：二是IP授權(quán)，即授權(quán)許可IP給客戶，讓客戶自己設(shè)計(jì)芯片。目前，全球越來(lái)越明顯的市場(chǎng)趨勢(shì)就是終端客戶廠商開(kāi)始主動(dòng)根據(jù)市場(chǎng)的需求定制芯片。例如像?？低暎ㄈ蜃畲蟮陌卜辣O(jiān)控廠商）這樣的行業(yè)客戶，對(duì)安防監(jiān)控市場(chǎng)需求非常熟悉，了解安防監(jiān)控上使用芯片需要的內(nèi)部帶寬、計(jì)算能力、功耗，甚至最終完整解決方案的成本是怎么樣。這些終端客戶開(kāi)始尋找第三方設(shè)計(jì)公司去定制一款芯片，從而更好地提升核心競(jìng)爭(zhēng)力。我們利用自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的IP優(yōu)勢(shì)，通過(guò)芯片定制，支持下游客戶專注自身的業(yè)務(wù)發(fā)展，構(gòu)建及提升核心競(jìng)爭(zhēng)力，這是我們和海思這樣的傳統(tǒng)芯片公司的一個(gè)重要的區(qū)別。

　　Q：目前物聯(lián)網(wǎng)和人工智能發(fā)展極其迅速，包括貴司在內(nèi)的中國(guó)芯片公司的最大優(yōu)勢(shì)是什么?

　　A：華夏芯是國(guó)內(nèi)唯一一家擁有全自主64位高端CPU、DSP、GPU、AI IP的異構(gòu)計(jì)算芯片設(shè)計(jì)公司，就是采用異構(gòu)計(jì)算的架構(gòu)來(lái)滿足市場(chǎng)的定制化需求，將通用計(jì)算和專用計(jì)算的優(yōu)勢(shì)結(jié)合起來(lái)，同時(shí)降低異構(gòu)計(jì)算的開(kāi)發(fā)、編程的門檻。

　　物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)目前存在著應(yīng)用場(chǎng)景碎片化嚴(yán)重、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程緩慢、市場(chǎng)需求和芯片匹配度低、數(shù)據(jù)和網(wǎng)絡(luò)安全攻擊頻發(fā)、解決方案價(jià)格成本過(guò)高、商業(yè)模式不明確、投資回報(bào)周期長(zhǎng)等問(wèn)題。而安防視頻監(jiān)控產(chǎn)業(yè)涉及到端、管、再到云，技術(shù)平臺(tái)覆蓋圖像識(shí)別、深度學(xué)習(xí)等人工智能算法、以及ISP成像、高清視頻、5G通信、云計(jì)算等多學(xué)科領(lǐng)域。而且無(wú)論是在終端側(cè)的物聯(lián)網(wǎng)還是安防監(jiān)控應(yīng)用中，算法、算力還需要考慮功耗和云端傳輸條件的限制，需要芯片廠商、應(yīng)用廠商、算法廠商聯(lián)合設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)，共同完成對(duì)終端用戶的支持。例如，智能門鎖中的人臉識(shí)別算法，和街道視頻監(jiān)控中的人臉識(shí)別算法就有很大的差異。兩種情況下特征值提取都不一樣。像高通等國(guó)外的大型芯片公司做智能門鎖芯片開(kāi)發(fā)是通過(guò)代理商銷售的，通過(guò)代理商間接支持終端客戶廠商。而我們中國(guó)的芯片廠商了解本地市場(chǎng)，了解合適的算法廠商，可以更好地服務(wù)客戶需求，這些挑戰(zhàn)反而成為我們的優(yōu)勢(shì)。

　　Q：貴司提供的芯片定制的做法，在研發(fā)成本以及人力投入上是否有優(yōu)勢(shì)?

　　A：以華夏芯設(shè)計(jì)的一款最新的安防監(jiān)控SoC芯片為例，里面包含了CPU、DSP、AI等處理器IP。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)思路是將來(lái)自不同供應(yīng)商的處理器IP“拼”在一起的，因此，芯片的設(shè)計(jì)和使用是一個(gè)很大的困難，具體體現(xiàn)在三個(gè)方面：

　　首先是設(shè)計(jì)難度大，想要將不同來(lái)源的IP進(jìn)行協(xié)同計(jì)算，勢(shì)必是一個(gè)很大的挑戰(zhàn)；

　　其次是每一套IP都需要有一個(gè)單獨(dú)的團(tuán)隊(duì)來(lái)學(xué)習(xí)和維護(hù)，導(dǎo)致芯片設(shè)計(jì)公司的研發(fā)團(tuán)隊(duì)變得十分龐大；

　　最后是使用難度大，用戶針對(duì)不同廠家的處理器IP，需要開(kāi)發(fā)大量的底層驅(qū)動(dòng)程序，芯片上的編程、測(cè)試、應(yīng)用開(kāi)發(fā)的門檻很高。

　　正因?yàn)橐陨先c(diǎn)原因，如果按照傳統(tǒng)思路去涉及這樣復(fù)雜的SoC芯片設(shè)計(jì)，只有華為等大公司才能去碰觸。初創(chuàng)公司想要涉足，就一定要找到一種創(chuàng)新思路。

　　創(chuàng)新并不是憑空想象，而是要結(jié)合市場(chǎng)與技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，進(jìn)行合理的探索。比方說(shuō)華夏芯采用了一套創(chuàng)新的異構(gòu)設(shè)計(jì)思路設(shè)計(jì)全部的計(jì)算單元，無(wú)論是CPU、DSP、GPU還是AI計(jì)算單元，全部源自華夏芯的自主指令集，無(wú)需向第三方許可處理器IP。這樣就節(jié)省了大量的IP許可費(fèi)和權(quán)力金，還可以根據(jù)應(yīng)用需求，進(jìn)行深度的IP定制。同時(shí)，華夏芯無(wú)需龐大的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)即可基于全自主的處理器IP快速完成SoC設(shè)計(jì)，大幅度降低了用戶的開(kāi)發(fā)門檻。

　　Q：安防的應(yīng)用場(chǎng)景很多，貴司選擇哪些場(chǎng)景作為突破口?

　　A：華夏芯作為一個(gè)基于新一代異構(gòu)計(jì)算設(shè)計(jì)技術(shù)，為客戶定制的芯片可以覆蓋幾乎所有的應(yīng)用場(chǎng)景，例如：智能家居，智能門鎖芯片，掃地機(jī)器人、安防監(jiān)控、無(wú)人駕駛等。

　　同時(shí)，華夏芯還提供完整的解決方案。華夏芯的人工智能解決方案是一套融合了前端感知、邊緣計(jì)算、后臺(tái)系統(tǒng)、信息傳輸和前后端算法的一個(gè)閉環(huán)的系統(tǒng)級(jí)方案。比方說(shuō)，華夏芯的前端芯片，支持的感知系統(tǒng)除了視覺(jué)識(shí)別外，還包括語(yǔ)音識(shí)別、雷達(dá)識(shí)別；前端與后臺(tái)的傳輸方式，支持NB-IOT、BPLC(寬帶電力線載波)等有線和無(wú)線模式。從使用場(chǎng)景來(lái)看，可以根據(jù)客戶的需求，提供定制化的算法等。連同完整的開(kāi)發(fā)工具、多個(gè)應(yīng)用庫(kù)提供給二次開(kāi)發(fā)商、系統(tǒng)集成商，更好的支持他們建立核心競(jìng)爭(zhēng)力，服務(wù)好他們下游的客戶。我們?cè)谛酒O(shè)計(jì)時(shí)需要考慮的是豐富的芯片接口、足夠的計(jì)算能力和帶寬、更低的功耗、成本等各種因素的平衡。各種邊界條件最優(yōu)的設(shè)定對(duì)我們的設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)是一個(gè)挑戰(zhàn)。同時(shí)，我們還需要盡可能簡(jiǎn)化開(kāi)發(fā)者的開(kāi)發(fā)、調(diào)試的難度，使得二次開(kāi)發(fā)者加快產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的速度。

　　編后語(yǔ)

　　高通、Arm、英特爾、英偉達(dá)等大型芯片公司在產(chǎn)品線成熟度、規(guī)模以及知識(shí)產(chǎn)權(quán)的布局上優(yōu)勢(shì)明顯，中國(guó)的芯片廠商從應(yīng)用落地、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)等切入點(diǎn)著手，加強(qiáng)自主研發(fā)，探索一條支持創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)、市場(chǎng)導(dǎo)向的芯片定制化之路，值得肯定和借鑒。同時(shí)定制芯片，對(duì)于有一定市場(chǎng)規(guī)模和用戶基礎(chǔ)的企業(yè)來(lái)講，可以推出更加有個(gè)性化、差異化的產(chǎn)品，也更能夠增加自身的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。從中興事件可以看出，中國(guó)半導(dǎo)體戰(zhàn)略的發(fā)展推動(dòng)計(jì)劃已經(jīng)迫在眉睫，國(guó)家的資金目前比較充裕，技術(shù)和人才還需要企業(yè)加大培養(yǎng)、積累，雖然現(xiàn)在高端芯片對(duì)國(guó)外廠商的依存度還很高，但是從國(guó)家層面想辦法建立有效的機(jī)制，使中高端芯片的設(shè)計(jì)廠商更好地建立與應(yīng)用廠商合作的機(jī)會(huì)，從而加速中國(guó)人工智能芯片的商用化進(jìn)程。

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