人工智能引爆新一輪芯片競(jìng)賽

• 2018年7月12日 ZhangHongYuan來(lái)源：網(wǎng)易智能 936 58
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  2018-2024年電腦芯片市場(chǎng)發(fā)展前景分析及供需格局研究預(yù)測(cè)報(bào)告

  隨著電腦芯片行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的不斷加劇，大型企業(yè)間并購(gòu)整合與資本運(yùn)作日趨頻繁，國(guó)內(nèi)外優(yōu)秀的電腦芯片企業(yè)愈來(lái)愈重視對(duì)行業(yè)市場(chǎng)的分析研究，特別是對(duì)當(dāng)前市場(chǎng)環(huán)境和客戶需求趨勢(shì)變化的深入研究，以期...

為什么在多年的芯片制造停滯之后，硬件突然出現(xiàn)了爆炸式的增長(zhǎng)?

這種預(yù)測(cè)問題解決的結(jié)果是，人工智能計(jì)算可以通過單精度計(jì)算來(lái)完成。因此，雖然CPU和GPU都可以很好地完成，但實(shí)際上它們對(duì)任務(wù)來(lái)說(shuō)是多余的。一個(gè)單精度芯片足以完成這項(xiàng)工作，并且能在更小、更低的功耗下完成。

毫無(wú)疑問，對(duì)于芯片來(lái)說(shuō)，功耗和范圍是一個(gè)大問題——也許對(duì)人工智能來(lái)說(shuō)尤其如此，因?yàn)橐粋€(gè)尺寸并不能適用于這一領(lǐng)域的所有情況。在人工智能中包含機(jī)器學(xué)習(xí)，機(jī)器學(xué)習(xí)中又包含深度學(xué)習(xí)，所有這些都可以通過不同的設(shè)置被部署到不同的任務(wù)中。“并非所有的人工智能芯片都是一樣的，”英特爾旗下Movidius公司的營(yíng)銷總監(jiān)Gary Brown說(shuō)。Movidius針對(duì)深度學(xué)習(xí)過程制作了一個(gè)自定義芯片，因?yàn)樯疃葘W(xué)習(xí)涉及的步驟在CPU上受到高度限制。

“每個(gè)芯片可以在不同的時(shí)間處理不同的智能問題，我們的芯片是視覺智能，算法通過由攝像頭輸入的內(nèi)容學(xué)習(xí)。這是我們的重點(diǎn)?！盙ary Brown表示，甚至有必要對(duì)網(wǎng)絡(luò)邊緣和數(shù)據(jù)中心等其加以區(qū)分——而在這個(gè)領(lǐng)域，公司只是意識(shí)到他們需要在不同的地方使用不同的芯片。

“處于邊緣的芯片無(wú)法與數(shù)據(jù)中心的芯片競(jìng)爭(zhēng)，”他說(shuō)，“像Xeon這樣的數(shù)據(jù)中心芯片必須具備高性能的性能，它與智能手機(jī)中的AI是不同的。在那里你必須將功耗降到1瓦以下，所以問題是，“哪里(的本地處理器)還不夠好，所以需要一個(gè)輔助芯片?”

畢竟，如果想在智能手機(jī)或AR頭戴設(shè)備上使用人工智能，電源是一個(gè)挑戰(zhàn)，英偉達(dá)的Volta處理器在人工智能處理領(lǐng)域占很重要的地位，但其功耗可達(dá)300瓦。所以不可能被用于手機(jī)中。

Sean Stetson是自動(dòng)駕駛工業(yè)車輛制造商Seegrid的技術(shù)進(jìn)步總監(jiān)，他也認(rèn)為人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)到目前為止一直受到普通處理器的不好的影響。他表示：“為了讓算法發(fā)揮作用，無(wú)論是機(jī)器學(xué)習(xí)、圖像處理還是圖形處理，它們都有非常具體的工作流?！比绻麤]有專門針對(duì)這些模式設(shè)置的計(jì)算核心，那么就會(huì)進(jìn)行大量的無(wú)用數(shù)據(jù)加載和傳輸。當(dāng)你在最低效的時(shí)候移動(dòng)數(shù)據(jù)時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生很多信號(hào)和瞬態(tài)的能量。而處理器的效率是以每條指令使用的能量來(lái)衡量的?！?/p>

當(dāng)然，更加專業(yè)化以及更高的能效并不是這些新的人工智能芯片存在的全部原因。IBM公司研究員兼IBM Power systems開發(fā)副總裁Brad McCredie表示，人們都爭(zhēng)先恐后地加入這一行列的更明顯的原因是：回報(bào)將會(huì)非常豐厚。他說(shuō)：“IT行業(yè)幾十年來(lái)第一次看到了增長(zhǎng)，我們看到了指數(shù)增長(zhǎng)的拐點(diǎn)。”預(yù)期會(huì)有新的資金進(jìn)入這一行業(yè)，而這一切都圍繞著人工智能。這就是導(dǎo)致大量風(fēng)投涌入這一領(lǐng)域的原因，人們看到了淘金潮，這是毫無(wú)疑問的”。

一個(gè)全新的生態(tài)系統(tǒng)

專注于人工智能的芯片并不是憑空設(shè)計(jì)的，伴隨它們的是處理人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)高度并行性的新方法。如果你構(gòu)建了一個(gè)人工智能協(xié)處理器，但是使用過時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)PC技術(shù)甚至是過時(shí)的服務(wù)器，那么這就像把法拉利引擎放在大眾甲殼蟲中一樣。

英特爾公司首席技術(shù)官兼Nervana聯(lián)合創(chuàng)始人Amir Khosrowshahi表示?！爱?dāng)人們談?wù)撊斯ぶ悄芎虯I芯片的時(shí)候，構(gòu)建人工智能解決方案需要大量的非人工智能技術(shù)，它會(huì)涉及到CPU、內(nèi)存、SSD和互連等，要讓所有這些都發(fā)揮作用，是非常關(guān)鍵的。”

例如，當(dāng)IBM為任務(wù)關(guān)鍵系統(tǒng)設(shè)計(jì)其Power9處理器時(shí)，它使用英偉達(dá)的高速NVLink來(lái)支持核心互連、PCI Express Generation 4，以及它自己的接口OpenCAPI(相干加速器處理器接口)，OpenCAPI是一種新的連接類型，它為內(nèi)存、加速器、網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)和其他芯片提供高帶寬、低延遲連接。

McCredie說(shuō)，x86的生態(tài)系統(tǒng)沒有跟上。他指出，PCI Express Gen 3在市場(chǎng)上已經(jīng)有7年沒有重大更新(第一次只是最近才出現(xiàn))，而IBM是最早采用這一技術(shù)的公司之一，x86服務(wù)器仍在使用PCIe Gen 3，它的帶寬只有4 Gen的一半。他說(shuō)：“計(jì)算能力的爆炸式增長(zhǎng)將需要更大的計(jì)算能力，我們需要處理器來(lái)做它們能夠完成的所有事情，然后在這個(gè)基礎(chǔ)上再多做一些，該行業(yè)終于開始關(guān)注內(nèi)存帶寬和輸入/輸出帶寬的性能，這些東西正成為系統(tǒng)性能的一階約束”。

McCredie繼續(xù)說(shuō)道：“我認(rèn)為加速器將會(huì)增長(zhǎng)，將來(lái)會(huì)有更多的工作負(fù)載，因此需要更多的加速。我們甚至?xí)剡^頭來(lái)加速常見的工作負(fù)載，例如數(shù)據(jù)庫(kù)和ERP(企業(yè)資源規(guī)劃)。我認(rèn)為，我們正看到行業(yè)中一個(gè)堅(jiān)實(shí)的趨勢(shì)開始，現(xiàn)在我們更加注重加速，更加注重市場(chǎng)適應(yīng)性。

但是硬件本身并不能在機(jī)器學(xué)習(xí)中學(xué)習(xí)，軟件才是主要的部分。在所有這些新芯片的熱潮中，幾乎沒有提到與硬件協(xié)同工作的軟件?！靶疫\(yùn)的是，這是因?yàn)檫@些軟件在很大程度上已經(jīng)存在，它正在等待芯片趕上來(lái)，”金融分析和人工智能開發(fā)商OTAS Technologies的首席執(zhí)行官Tom Doris說(shuō)。

“我認(rèn)為，如果你看一看以前的歷史，就會(huì)發(fā)現(xiàn)一切都是硬件驅(qū)動(dòng)的，算法并沒有太大的改變，技術(shù)進(jìn)步都是由硬件的進(jìn)步推動(dòng)的，這對(duì)我來(lái)說(shuō)有點(diǎn)意外，因?yàn)槲乙呀?jīng)離開這個(gè)領(lǐng)域好幾年了，自90年代末以來(lái)，軟件和算法方面并沒有發(fā)生太大的變化，基本上都是計(jì)算能力的改變”他說(shuō)。

彭博首席技術(shù)官辦公室的數(shù)據(jù)科學(xué)家David Rosenberg也認(rèn)為，目前軟件的狀況良好。他表示：“在某些領(lǐng)域，軟件還有很長(zhǎng)的路要走，這與分布式神經(jīng)計(jì)算的技術(shù)有關(guān)，但對(duì)于我們已經(jīng)知道解決方法的問題，軟件已經(jīng)得到了很好的改進(jìn)。現(xiàn)在的問題是硬件怎樣能夠足夠快地、高效地執(zhí)行軟件?！?/p>

事實(shí)上，目前的情況是，硬件和軟件正在并行開發(fā)，目的是支持這一新的人工智能芯片及其用例。前斯坦福大學(xué)教授Ian Buck說(shuō)，在英偉達(dá)，軟件和硬件團(tuán)隊(duì)的規(guī)模大致相同。Buck教授開發(fā)了CUDA編程語(yǔ)言(CUDA允許開發(fā)者編寫應(yīng)用程序并使用Nvidia的GPU進(jìn)行并行處理，而不是CPU)。Buck在英偉達(dá)主要負(fù)責(zé)的是人工智能領(lǐng)域。

他說(shuō)：“我們正在針對(duì)系統(tǒng)軟件、程序庫(kù)、人工智能框架和編譯器開發(fā)新的架構(gòu)，所有這些都是為了利用每天出現(xiàn)的新方法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，在人工智能領(lǐng)域取得成功的唯一途徑，不僅僅是構(gòu)建偉大的芯片，而且要緊密地整合到軟件的堆棧中，以實(shí)現(xiàn)和優(yōu)化每天都在發(fā)明的新網(wǎng)絡(luò)?！?/p>

因此，對(duì)于Buck來(lái)說(shuō)，人工智能代表一種新的計(jì)算方式的原因之一是，他相信它確實(shí)構(gòu)成了硬件和軟件之間的一種新型的關(guān)系，我們不需要考慮向后的兼容性，我們正在重新設(shè)計(jì)那些擅長(zhǎng)處理此類任務(wù)的處理器，并與軟件一起運(yùn)行。

這場(chǎng)芯片競(jìng)賽的未來(lái)在哪?

雖然現(xiàn)在人工智能芯片領(lǐng)域有很多潛在的開發(fā)商，但圍繞這些計(jì)劃的最大問題之一是，有多少會(huì)進(jìn)入市場(chǎng)，有多少能夠接觸到供應(yīng)商，又有多少會(huì)被淘汰。畢竟如今大多數(shù)的人工智能芯片仍然只是幻影。

當(dāng)涉及到許多非CPU制造商設(shè)計(jì)的人工智能芯片時(shí)，比如谷歌、Facebook和微軟等，似乎這些公司正在為自己的使用定制芯片，而且很可能永遠(yuǎn)不會(huì)把它們推向市場(chǎng)。這些實(shí)體擁有數(shù)十億美元的收入，完全有能力投入到定制芯片的研發(fā)中，而無(wú)需立即得到投資回報(bào)。因此，用戶可能會(huì)依賴谷歌的TPU作為谷歌云服務(wù)的一部分，但谷歌不會(huì)直接出售TPU服務(wù)。這也是Facebook和微軟期望的模式。

而其他芯片則肯定會(huì)上市，英偉達(dá)最近宣布了三款新型芯片：為智能機(jī)器人設(shè)計(jì)的Jetson Xavier系統(tǒng)芯片、為自主出租車的深度學(xué)習(xí)而設(shè)計(jì)的Drive Pegasus芯片以及針對(duì)半自動(dòng)駕駛汽車的Drive Xavier。為所有這些提供動(dòng)力的是Isaac Sim虛擬仿真環(huán)境，開發(fā)者可以用它來(lái)訓(xùn)練機(jī)器人，并用Jetson Xavier進(jìn)行測(cè)試。

與此同時(shí)，英特爾承諾，其收購(gòu)Nervana公司后推出的的首款機(jī)器學(xué)習(xí)處理器將在2019年以Spring Crest的代號(hào)進(jìn)入市場(chǎng)。目前，該公司還擁有一款名為“Lake Crest”的人工智能芯片，利用這一芯片，開發(fā)者們可以使用人工智能來(lái)解決自己的問題。英特爾表示，Spring Crest最終將提供三到四倍于Lake Crest的性能。

所有這些都能存活嗎?“我認(rèn)為，在未來(lái)，我們將看到人工智能的進(jìn)化過程，”Movidius公司的Gary Brown說(shuō)。“如果你想要在數(shù)據(jù)中心使用AI，就需要一個(gè)數(shù)據(jù)中心芯片，如果你想要一個(gè)頭戴設(shè)備，你也可以找到一個(gè)對(duì)應(yīng)的芯片，這將是AI芯片的發(fā)展趨勢(shì)，我們可能會(huì)看到不同的芯片有不同的優(yōu)勢(shì)，這些可能會(huì)被集成到CPU中，我們可能還會(huì)看到有多個(gè)功能的芯片?！?/p>

如果所有的感覺都像是似曾相識(shí)，也許現(xiàn)實(shí)就是這樣，人工智能芯片的發(fā)展在某種程度上與過去芯片的演變過程相匹配——從高度專業(yè)化和眾多競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手開始，但最終一些產(chǎn)品獲得了動(dòng)力，少數(shù)幾個(gè)市場(chǎng)領(lǐng)導(dǎo)者則具備多個(gè)功能。30年前，80386是最重要的桌面芯片，如果你需要在Lotus 1-2-3中做大量計(jì)算，你可以為你的IBM PC-AT購(gòu)買數(shù)學(xué)協(xié)微處理器80387。接著是80486，英特爾成功地將數(shù)學(xué)處理器集成到CPU中。然后，CPU慢慢地獲得了諸如安全擴(kuò)展、內(nèi)存控制器之類的東西，之后是GUP。

就像其他技術(shù)一樣，目前新興的人工智能芯片產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域眾多競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的局面不會(huì)維持太久。例如，OTAS的Doris指出，許多不上市的內(nèi)部使用芯片會(huì)成為高級(jí)技術(shù)人員的主要項(xiàng)目，而更換政權(quán)通常意味著采用行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。Intersect360的Snell指出，今天的人工智能芯片初創(chuàng)公司也將減少——正如他所說(shuō)，“現(xiàn)在有太多的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手需要整合?！笔聦?shí)上，許多初創(chuàng)公司只是希望開辟出一個(gè)利基市場(chǎng)，吸引大公司來(lái)收購(gòu)它們。

IBM的McCredie說(shuō)：“我同意，這將會(huì)是一個(gè)艱難的過程，但是范圍必須縮小，有一天，這可能意味著這個(gè)新的芯片領(lǐng)域看起來(lái)與老的芯片領(lǐng)域并無(wú)兩樣——就像之前的x86、英偉達(dá)GPU、ARM等。

但就目前而言，這種人工智能芯片競(jìng)賽剛剛起步，許多新進(jìn)入者都打算繼續(xù)向前。

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