AI芯片角逐刚刚开始，但未来只属于少数玩家|半岛平台

AI芯片领域玩家众多，作品也在不断更新递归。然而，到目前为止，完全符合叙述和基准测试的AI芯片寥寥无几。即便是谷歌的TPU，也足以承托起AI更加将来的发展。

人工智能的兴起有三个基本要素：算法、数据和算力。当云计算广泛应用，深度自学沦为当下AI研究和运用的主流方式时，AI对算力的拒绝于是以较慢提高。对AI芯片的持续耕耘，就是对算力的不懈执着。

AI芯片方向众多，企业集中于“初级”赛道目前，在摩尔定律的驱动下，CPU可以在合理的算力、价格、功耗和时间内为人工智能获取所需的计算出来性能。但AI的许多数据处理牵涉到矩阵乘法和乘法，而CPU的设计与优化是针对成百上千种工作任务展开的，所以用CPU来继续执行AI算法，其内部大量的其他逻辑对目前的AI算法来说是几乎浪费的，无法让CPU达到最佳的性价比。

而面临爆发式的计算出来市场需求，标准化芯片将更为无以为继。因此，具备海量并行计算能力、需要加快AI计算出来的AI芯片应运而生。面临大大激增的B末端应用于场景，更加多的AI芯片公司重新加入竞逐。

实质上，AI芯片的研发有两个有所不同的方向：第一，在现有的计算出来架构上加到专用加速器，即“AI加快芯片”，它是确定性地加快某类特定的算法或任务，从而达到目标应用领域对速度、功耗、内存闲置和部署成本等方面的拒绝。第二，几乎新的研发，建构仿真人脑神经网络的全新架构，即“智能芯片”。它让芯片像人一样能用于有所不同的AI算法展开自学和推论，处置包括感官、解读、分析、决策和行动的一系列任务，并且具备适应环境场景变化的能力。目前，这类芯片的设计方法有两种：一种是基于类脑计算出来的“神经拟态芯片”；另一种是基于可重构计算出来的“软件定义芯片”。

“智能芯片”仍正处于初期开发阶段，不合适商业应用于。因此，企业们目前主要使用的方法是在现有的计算出来架构上加到人工智能加速器。AI加快芯片的研发也分成两种主要的方式：一种是利用有数的GPU、众核处理器、DSP、FPGA芯片来做到软硬件优化；另一种则是设计专用的芯片，也就是ASIC。

GPU、FPGA以及ASIC已沦为当前AI芯片行业的主流。其中GPU却是目前市场上AI计算出来最成熟期、应用于最普遍的通用型芯片了，这是一种由大量核心构成的大规模并行计算架构，专为同时处置多重任务而设计的芯片。

GPU桌面和服务器市场主要由英伟达、AMD瓜分，移动市场以高通、苹果、联发科等众多公司居多。ASIC是一种为特定目的、面向特定用户市场需求设计的自定义芯片，性能强劲、体积小、功耗较低、可靠性低。

在大规模量产的情况下，还不具备成本低的特点。近年来，更加多的公司开始使用ASIC芯片展开深度自学算法加快，其中展现出尤为引人注目的就是TPU。这是谷歌为提高AI计算能力同时大幅度降低功耗，专为机器学习仅有自定义的人工智能加速器专用芯片，性能十分出众。

此外，国内企业寒武纪研发的Cambricon系列处理器也普遍受到了注目。ASIC的全球市场规模从2012年的163亿美元快速增长到2017年257亿美元，预计未来5年将维持18.4%年填充快速增长，到2022年超过597亿美元。

目前，市场格局还较为碎片化。FPGA构建了大量的基本门电路以及存储器，其灵活性介于CPU、GPU等标准化处理器和专用集成电路ASIC之间。

我国在这方面刚跟上，与FPGA四大巨头赛灵思、英特尔、莱迪思、美高森美不存在着极大的差距。从市场份额来看，赛灵思和英特尔合计占到到市场的90%左右，其中赛灵思多达50%。2017年，FPGA的全球市场规模为59.6亿美元，预计到2023年将超过98.0亿美元。

AI的发展还正处于跟上阶段，AI芯片也主要是朝“AI加快芯片”这个方向前进。人工智能计算出来发展大体必须经历三个阶段：传统智能计算出来、基于深度自学的智能计算出来、基于神经拟态的智能计算出来。而对于针对第三个阶段的神经拟态芯片，目前甚少有企业牵涉到，要在未来沦为主流还有非常宽的一段路要回头。不过，英特尔已在2018年国际消费电子展上展示出了Loihi，这是一种基于14nm的新型神经拟态计算出来芯片，使用异构设计，由128个Neuromorphic Core（神经形态的核心）+3个低功耗的英特尔X86核心构成，堪称享有13万个神经元和1.3亿个控牙。

AI芯片市场空间极大，不一定能容纳得下大量玩家根据Gartner的预测数据，全球人工智能芯片市场规模将在未来五年内呈现出攀升， 从2018年的42.7亿美元茁壮至343亿美元，快速增长多达7倍，可以说道，未来AI芯片市场将有一个相当大的快速增长空间。不过，对于很多初创企业而言，研发芯片即将面对时间和资金上的极大挑战。

在时间上，芯片研发从立项到上市一般来说必须两年左右的时间。互为较之下，更加最重要的一点是芯片成本很高。

在人工智能应用领域，依据芯片的部署方位和任务市场需求，不会使用有所不同的制程。在一般情况下，终端设备的芯片常常不会使用65nm和28nm制程；边缘末端和部分移动末端设备的芯片，制程基本为16nm或10nm；而云端芯片一般来说是7nm。

芯片制程要求开发成本。根据IBS的估计数据，按照有所不同制程，65nm芯片研发费用为2850万美元，5nm芯片研发费用则超过了54220万美元。因此，在芯片的研发上，对错误的容忍度完全是零。

目前，更为成熟期的是40nm和55nm工艺，而对于当下先进设备的7nm工艺，很多企业的技术还过于成熟期。高昂的研发费用，再加以年计算出来的开发周期，AI芯片企业在融资的早期阶段就必须大量资金浥录，这样才能决胜负没产品销售的阶段。

而政府的补助金和投资者的资金，往往不会偏向于那些销售业绩好的公司。且资本市场期望能有一个较短的投资周期。因此，融资也沦为一道门槛。

此外，由于芯片开发周期一般来说必须1-3年的时间，在长时间的时间里软件不会有一个十分较慢的发展，但算法在这个期间内也将不会较慢改版，芯片如何反对这些改版也是难题。而从将来来看，AI芯片本身的技术发展还要面对如下的困境。

目前主流的AI芯片使用的是冯诺依曼架构。在冯·诺伊曼体系结构中，芯片在计算出来上是采行1入1出有的方式，数据从处理单元外的存储器萃取，处置完了之后再写返存储器，如此依序加载已完成任务。由于运算部件和存储部件不存在速度差异，当运算能力超过一定程度，采访存储器的速度无法跟上运算部件消耗数据的速度，再行减少运算部件也无法获得充分利用，这不仅是AI芯片在构建中的瓶颈，也是长年后遗症计算机体系结构的难题。

另外，要符合人工智能发展所需的运算能力，就必须在CMOS工艺上增大构建尺寸，大大提升芯片的系统性能。如今，7nm早已开始量产，5 nm节点的技术定义早已已完成。

但由此也产生了CMOS 工艺和器件方面的瓶颈。首先，由于纳米级晶体管所消耗的能量十分低，这使得芯片密集PCB的构建难度很大。

其次，一个几纳米的CMOS器件，其层厚度只有几个原子层，这样的厚度不易造成电流外泄，而工艺尺寸增大所带给的效果也不会因此受到影响。尽管AI芯片市场的快速增长空间相当大，但不一定需要容得下充足多的企业。行业本身的特性以及当下AI所处的发展阶段，都要求了AI芯片企业不会有一个比较较长的挫折期，而在此过程中，被资本炒出的泡沫也不会随之传输。

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