數(shù)據(jù)蒙眼狂奔，邊緣AI窮追不舍

隨著人工智能從云端向邊緣擴(kuò)展，邊緣計(jì)算被視為下一個(gè)AI戰(zhàn)場(chǎng)。海量的應(yīng)用場(chǎng)景、龐大的計(jì)算需求，不僅吸引了英特爾、英偉達(dá)這些巨頭加速完善云邊端一體化的布局，更吸引了眾多AI芯片公司紛紛入局。

云端AI已經(jīng)造就了英偉達(dá)的巨大成功，如果邊緣AI是一次嶄新的機(jī)會(huì)，哪些公司有機(jī)會(huì)成為贏家？

最適合的芯片路線？

業(yè)界對(duì)于通用、專用的計(jì)算路線討論已久，與這個(gè)話題伴生的其實(shí)是多樣、碎片的應(yīng)用場(chǎng)景。場(chǎng)景是碎片的，產(chǎn)品是碎片的，那么芯片呢？也只能是碎片的、專用的，不能是通用的嗎？通用計(jì)算老大哥CPU、GPU的地位會(huì)旁落嗎？未來通用計(jì)算和專用計(jì)算的關(guān)系如何發(fā)展？

時(shí)擎科技總裁于欣告訴<與非網(wǎng)>，針對(duì)不同應(yīng)用的架構(gòu)設(shè)計(jì)，是一定需要的。領(lǐng)域?qū)Ｓ眉軜?gòu)（DSA）處理器和芯片，本質(zhì)上就是要解決通用性和專用性平衡和取舍的問題。

“這里有兩個(gè)大前提，一是端側(cè)的應(yīng)用比較碎片化，第二是對(duì)功耗和成本往往有比較高的要求。在這兩個(gè)前提下，如何既能保證相對(duì)于某個(gè)場(chǎng)景足夠的競(jìng)爭(zhēng)力，以滿足成本和功耗的要求，同時(shí)又能兼顧足夠的市場(chǎng)空間——這是每一家公司都要面臨的挑戰(zhàn)，也是對(duì)產(chǎn)品定義能力的考驗(yàn)”，他強(qiáng)調(diào)。

通用計(jì)算芯片固然能夠覆蓋邊緣計(jì)算程序所需要的所有運(yùn)算操作，但在芯片架構(gòu)伸縮性、性能方面，確實(shí)無法及時(shí)適應(yīng)邊緣側(cè)需求的快速增長(zhǎng)。通用計(jì)算和專用計(jì)算芯片已經(jīng)呈現(xiàn)出融合發(fā)展的趨勢(shì)。并且，計(jì)算特性決定了邊緣芯片和云端芯片的不同，架構(gòu)設(shè)計(jì)需要進(jìn)行優(yōu)化定制。

靈汐科技副總經(jīng)理華寶洪表示，二者要相輔相成，最好能融為一體。在專用計(jì)算芯片中會(huì)包括通用計(jì)算的核，比如Arm或RISC-V等IP內(nèi)核。新型計(jì)算架構(gòu)芯片比如類腦計(jì)算芯片中，除了包括神經(jīng)擬態(tài)計(jì)算核、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算核，一般還有通用的Arm核。同時(shí)，通用計(jì)算芯片比如最新的Arm芯片，也會(huì)內(nèi)置部分針對(duì)傳統(tǒng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)加速的IP核。異構(gòu)融合芯片架構(gòu)是發(fā)展的必然。

伴隨這一趨勢(shì)，意味著需要把負(fù)責(zé)加速的專用計(jì)算單元移入通用編程模型中，且創(chuàng)建通用處理器的壓力始終存在。Imagination計(jì)算業(yè)務(wù)產(chǎn)品管理總監(jiān)Rob Fisher表示，這主要是從通用處理器編程的易用性角度來考慮的。當(dāng)任務(wù)的規(guī)模或所需性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出通用解決方案所能容納的范圍時(shí)，這種模式將受到限制。

他指出，GPU就是一個(gè)很好的示例。在實(shí)際應(yīng)用中，將圖形處理工作負(fù)載卸載到GPU上的優(yōu)勢(shì)很明顯，從而推動(dòng)了高效圖形處理器的獨(dú)立開發(fā)。矢量處理器正越來越多地與CPU架構(gòu)緊密結(jié)合，從而允許對(duì)計(jì)算任務(wù)進(jìn)行指令級(jí)加速。

雪湖科技副總裁趙小吾表示，針對(duì)不同場(chǎng)景下功能和性能的不同要求，邊緣的需求更復(fù)雜，很難用一個(gè)通用的架構(gòu)或者平臺(tái)來滿足大多數(shù)的需求，所以會(huì)針對(duì)不同應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行專門的架構(gòu)設(shè)計(jì)。性能要求不高，算法變化快的部分可以使用通用計(jì)算芯片，比如CPU；性能要求高，算法相對(duì)固化的部分可以使用專用計(jì)算芯片，比如ASIC；對(duì)性能和算法靈活性都有一定要求的部分可以使用FPGA可編程芯片。

他以智慧交通領(lǐng)域的邊緣計(jì)算為例談到，由于基本都是室外場(chǎng)景，環(huán)境復(fù)雜且惡劣，既要滿足AI大算力和低延時(shí)，又要滿足可靠性和穩(wěn)定運(yùn)行，因此目前大部分邊緣計(jì)算機(jī)都無法滿足需求。而采用了室外基站同等級(jí)的芯片為這種場(chǎng)景定制了專用的大算力計(jì)算機(jī)，才滿足了這些特殊場(chǎng)景的需求。

Chiplet正當(dāng)紅

隨著高性能計(jì)算和機(jī)器學(xué)習(xí)的興起，異構(gòu)處理器必須處理的工作負(fù)載急劇增加，在整個(gè)半導(dǎo)體行業(yè)建立開放的生態(tài)合作至關(guān)重要。

不久前，英特爾、AMD、Arm、高通、臺(tái)積電等已經(jīng)聯(lián)合成立了Chiplet標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)盟，推出了通用Chiplet的高速互聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)UCIe。在UCIe的框架下，互聯(lián)接口標(biāo)準(zhǔn)得到統(tǒng)一，各類不同工藝、不同功能的Chiplet芯片，有望通過2D、2.5D、3D等各種封裝方式整合在一起，多種形態(tài)的處理引擎將共同組成超大規(guī)模的復(fù)雜芯片系統(tǒng)。

英偉達(dá)在上個(gè)月的GTC22上，一方面宣布了對(duì)UCIe規(guī)范的支持，另一方面，宣布為半定制芯片開放其NVLink-C2C互連技術(shù)，這是一種支持內(nèi)存一致性的芯片到芯片、裸片到裸片的互連技術(shù)。這一路線已經(jīng)明確展現(xiàn)了英偉達(dá)的異構(gòu)決心，按照這一規(guī)劃，理論上甚至可以將英偉達(dá)的芯片與競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的芯片放入同一個(gè)封裝中。

黃仁勛告訴<與非網(wǎng)>，他第一喜歡PCIe，第二喜歡UCIe，并且預(yù)測(cè)五年內(nèi)UCIe的好處會(huì)逐漸顯現(xiàn)。至于英偉達(dá)自身的NVlink互連技術(shù)，他強(qiáng)調(diào)優(yōu)勢(shì)在于直連能力。UCIe不能直接接入芯片，仍然是一個(gè)外設(shè)接口；而NVlink的優(yōu)勢(shì)在于可以直接連接，幾乎就像直接連接到大腦一樣。一定程度上，這可能會(huì)導(dǎo)致它的組裝比較復(fù)雜，合作伙伴和客戶必須非常了解NVlink。不過，一旦他們能做好這一點(diǎn)，就可以充分利用芯片內(nèi)部的所有資源，就像這些資源都在同一個(gè)芯片上一樣。

這一解答既表明了英偉達(dá)并不打算自我排除在在UCIe聯(lián)盟之外，同時(shí)也展現(xiàn)出了對(duì)自身NVLink互連技術(shù)的絕對(duì)信心，推測(cè)該技術(shù)也將成為英偉達(dá)構(gòu)建異構(gòu)生態(tài)的關(guān)鍵。

新一代“英特爾”、“英偉達(dá)”能否在邊緣市場(chǎng)誕生？

邊緣計(jì)算市場(chǎng)的巨大潛力，自然也吸引著云端芯片巨頭的競(jìng)逐，他們正通過異構(gòu)計(jì)算、先進(jìn)制程、先進(jìn)封裝等方式進(jìn)行全面布局，加之高筑的生態(tài)壁壘，國(guó)內(nèi)AI芯片廠商是否有機(jī)會(huì)與之一搏？

“能造得了摩天大樓的，不一定擅長(zhǎng)雕梁畫柱。當(dāng)然相對(duì)于云端目前高度壟斷和集中的格局來說，邊緣側(cè)還沒有確定的格局，大家都有機(jī)會(huì)，而具有更強(qiáng)技術(shù)能力和落地能力的廠家，會(huì)有更大的機(jī)會(huì)在競(jìng)爭(zhēng)中脫穎而出”，時(shí)擎科技于欣表示，“云邊端在某些場(chǎng)景融合協(xié)同是有道理的，但本身從芯片設(shè)計(jì)的角度來說，還是會(huì)有很大的區(qū)別?！?/p>

靈汐科技華寶洪則認(rèn)為，異構(gòu)計(jì)算、先進(jìn)制程、先進(jìn)封裝等均是手段，不能從根本上解決高能效比、小樣本學(xué)習(xí)、在線學(xué)習(xí)等問題。在行業(yè)導(dǎo)向和市場(chǎng)需求的雙重驅(qū)動(dòng)下，馮·諾依曼架構(gòu)和非馮·諾依曼架構(gòu)的異構(gòu)融合，將成為驅(qū)動(dòng)邊緣計(jì)算技術(shù)創(chuàng)新與未來行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的核心引擎。

一方面，馮·諾依曼架構(gòu)的芯片依然在走“暴力計(jì)算”的美學(xué)方向，會(huì)考慮用最先進(jìn)制程、最先進(jìn)封裝來提升算力；另一方面，非馮·諾依曼架構(gòu)優(yōu)先通過架構(gòu)創(chuàng)新來滿足在生物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、類腦方向和新型混合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等領(lǐng)域的規(guī)模化使用。以類腦計(jì)算為代表的新型計(jì)算架構(gòu)將與傳統(tǒng)計(jì)算架構(gòu)深度融合，引領(lǐng)新一輪的技術(shù)變革。

雪湖科技趙小吾表示，業(yè)界頭部廠商都開始用小芯片拼湊大芯片的方式來完成產(chǎn)品布局，以滿足不同場(chǎng)景的算力需求。例如蘋果和英偉達(dá)，都開始采用這種“拼積木”的方式，這是非常明確的趨勢(shì)。

國(guó)內(nèi)這兩年市場(chǎng)很熱發(fā)展很快，但形成規(guī)模和有競(jìng)爭(zhēng)力的廠商并不多?！靶酒€是一個(gè)需要積累的產(chǎn)業(yè)，且產(chǎn)業(yè)鏈比較長(zhǎng)”， 趙小吾表示，“目前國(guó)內(nèi)小而多的形態(tài)不利于去和上下游爭(zhēng)奪話語權(quán)，預(yù)計(jì)未來1-2 年里應(yīng)該會(huì)迎來一波AI芯片廠商淘汰潮?！?/p>

愛芯元智創(chuàng)始人、董事長(zhǎng)兼CEO仇肖莘也表達(dá)了類似觀點(diǎn)，她談到，現(xiàn)在對(duì)國(guó)產(chǎn)芯片產(chǎn)業(yè)是千載難逢的機(jī)會(huì)，由于市場(chǎng)需求和國(guó)家支持，涌現(xiàn)了許多創(chuàng)業(yè)型公司。而從大環(huán)境出發(fā)，我國(guó)的芯片行業(yè)還屬于初期階段，正呈現(xiàn)出一種百花齊放的態(tài)勢(shì)，但隨著產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展壯大，隨之而來的行業(yè)整合也將是必經(jīng)過程。

她強(qiáng)調(diào)，這符合芯片行業(yè)在過去幾十年發(fā)展的規(guī)律，經(jīng)過這樣的整合，業(yè)內(nèi)一定會(huì)出現(xiàn)頭部企業(yè)，這對(duì)于國(guó)家整體產(chǎn)業(yè)發(fā)展是非常重要的。只有這樣，中國(guó)企業(yè)和國(guó)際大廠才有同臺(tái)競(jìng)技的機(jī)會(huì)。

靈汐科技華寶洪表示，邊緣AI芯片市場(chǎng)仍處于開放狀態(tài)，沒有絕對(duì)的霸主。新興的、多樣化的應(yīng)用場(chǎng)景為國(guó)產(chǎn)AI芯片帶來了巨大的市場(chǎng)機(jī)會(huì)，特別是在自動(dòng)駕駛、智能安防、智能物聯(lián)網(wǎng)和可穿戴設(shè)備等越來越碎片化的市場(chǎng)，國(guó)產(chǎn)AI芯片廠商和國(guó)際巨頭芯片廠商是站在同一起跑線上的，甚至在某些領(lǐng)域更有優(yōu)勢(shì)。

寫在最后

就像計(jì)算架構(gòu)領(lǐng)域一位著名的科學(xué)家所說，現(xiàn)在正是芯片體系架構(gòu)百花齊放的黃金時(shí)代，這一時(shí)代前所未有。盡管CPU、GPU會(huì)持續(xù)創(chuàng)新，且在某些計(jì)算任務(wù)上是不可或缺的，但是AI加速計(jì)算、數(shù)據(jù)爆炸等趨勢(shì)催生的新市場(chǎng)，一定是巨大且多樣的，這就給了AI芯片公司帶來了新的機(jī)會(huì)。

從CPU來看，x86架構(gòu)統(tǒng)治PC和服務(wù)器已有松動(dòng)跡象，Arm一路從手機(jī)端和IoT逐漸向上，攻入PC和服務(wù)器領(lǐng)域。RISC-V也從物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備起步，向更大量的設(shè)備進(jìn)行布局。馮·諾依曼架構(gòu)和非馮·諾依曼架構(gòu)的異構(gòu)融合，正在通往規(guī)?；牡缆飞稀?/p>

每一次技術(shù)浪潮，都會(huì)產(chǎn)生新的領(lǐng)導(dǎo)型公司。邊緣AI會(huì)嗎？