瞻觀前沿

5月30日，清華大學(xué)精密儀器系的施路平教授團(tuán)隊(duì)，提出一種基于視覺(jué)原語(yǔ)的互補(bǔ)雙通路類腦視覺(jué)感知新范式，研制出世界首款類腦互補(bǔ)視覺(jué)芯片天眸芯。該研究成果的論文面向開放世界感知、具有互補(bǔ)通路的視覺(jué)芯片作為封面文章，登上5月30日的《Nature》雜志封面文章。

這是該團(tuán)隊(duì)繼異構(gòu)融合類腦計(jì)算天機(jī)芯后，第二次登上《Nature》雜志封面，標(biāo)志著中國(guó)在類腦計(jì)算和類腦感知方向取得重要突破。

論文通訊作者為清華大學(xué)精密儀器系施路平教授和趙蓉教授，精密儀器系博士楊哲宇（現(xiàn)為北京靈汐科技有限公司研發(fā)經(jīng)理）、精密儀器系博士生王韜毅、林逸晗為論文的共同第一作者。清華大學(xué)為論文第一單位，合作單位包括北京靈汐科技有限公司。

清華大學(xué)精密儀器系類腦計(jì)算研究團(tuán)隊(duì)聚焦類腦視覺(jué)感知芯片技術(shù)，提出了一種基于視覺(jué)原語(yǔ)的互補(bǔ)雙通路類腦視覺(jué)感知新范式。該范式借鑒了人類視覺(jué)系統(tǒng)的基本原理，將開放世界的視覺(jué)信息拆解為基于視覺(jué)原語(yǔ)的信息表示，并通過(guò)有機(jī)組合這些原語(yǔ)，模仿人視覺(jué)系統(tǒng)的特征，形成兩條優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)、信息完備的視覺(jué)感知通路。基于這一新范式，團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步研制出了世界首款類腦互補(bǔ)視覺(jué)芯片天眸芯。

圖源：清華大學(xué)

技術(shù)價(jià)值觀察

天眸芯在極低的帶寬（降低90%）和功耗代價(jià)下，實(shí)現(xiàn)了每秒10000幀的高速、10bit的高精度、130dB的高動(dòng)態(tài)范圍的視覺(jué)信息采集。它不僅突破了傳統(tǒng)視覺(jué)感知范式的性能瓶頸，而且能夠高效應(yīng)對(duì)各種極端場(chǎng)景，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。

基于天眸芯，團(tuán)隊(duì)還自主研發(fā)了高性能軟件和算法，并在開放環(huán)境車載平臺(tái)上進(jìn)行了性能驗(yàn)證。在多種極端場(chǎng)景下，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了低延遲、高性能的實(shí)時(shí)感知推理，展現(xiàn)了其在智能無(wú)人系統(tǒng)領(lǐng)域的巨大應(yīng)用潛力。

天眸芯位于人工智能芯片產(chǎn)業(yè)鏈中游環(huán)節(jié)，產(chǎn)業(yè)研究院對(duì)其產(chǎn)業(yè)鏈進(jìn)行剖析發(fā)現(xiàn)：上游的材料與設(shè)備主要指半導(dǎo)體材料和半導(dǎo)體設(shè)備，半導(dǎo)體材料包括單晶硅、單晶鍺、砷化鎵、晶體管等材料，半導(dǎo)體設(shè)備包括光刻機(jī)、等離子刻蝕機(jī)等設(shè)備；中游的產(chǎn)品制造包括芯片設(shè)計(jì)和芯片制造，芯片設(shè)計(jì)的流程主要是通過(guò)EDA進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)、RTL設(shè)計(jì)、物理設(shè)計(jì)等過(guò)程，芯片制造包括晶圓加工、晶圓測(cè)試、晶片切割、芯片封裝等過(guò)程；下游的應(yīng)用市場(chǎng)主要有云計(jì)算、自動(dòng)駕駛、智能手機(jī)、無(wú)人機(jī)、智能音箱、智能安防等。

宏觀市場(chǎng)觀察

芯片研發(fā)資金需求極大，成本占比最高

從人工智能芯片生產(chǎn)的整個(gè)流程來(lái)看，一顆芯片的成本主要包括原材料成本、人力研發(fā)、掩膜、封裝、測(cè)試；同時(shí)，芯片的制造設(shè)計(jì)到晶圓廠投資、晶圓制造、IC設(shè)計(jì)、算法設(shè)計(jì)、代碼開發(fā)、測(cè)試驗(yàn)證、數(shù)據(jù)處理、芯片封裝。其中，芯片設(shè)計(jì)的研發(fā)投入需要巨大的資金投入，根據(jù)微電子研究中心IMEC披露的數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)一顆28納米工藝芯片需要約5000萬(wàn)美元，14nm工藝需要1億美元，10nm工藝需要1.8億美元，7nm工藝需要近3億美元，5nm工藝大約需要5.5億美元，3nm為6億美元，2nm將近8億美元。

人工智能芯片研發(fā)成本不斷增加導(dǎo)致價(jià)格上漲

隨著人工智能的不斷發(fā)展，各行各業(yè)對(duì)于人工智能技術(shù)的需求逐步加大，芯片作為現(xiàn)代科技的核心，既是中國(guó)發(fā)展的必要條件，也是參與國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的重要法寶。近年來(lái)，隨著國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的不斷加劇，以及全球疫情波及各行各業(yè)，芯片的價(jià)格也水漲船高。從產(chǎn)業(yè)鏈出發(fā)，芯片價(jià)格上漲主要由于研發(fā)成本不斷增加，7nm芯片的制程技術(shù)受限，卓越的芯片設(shè)計(jì)方案難以落地實(shí)施，高端芯片供應(yīng)短缺，導(dǎo)致全球芯片價(jià)格水平上漲；同時(shí)，受疫情影響，各國(guó)實(shí)施相應(yīng)的防疫政策，各地工廠不同程度停工停產(chǎn)，導(dǎo)致宏觀經(jīng)濟(jì)下行，單晶硅的生產(chǎn)進(jìn)程放緩，供應(yīng)不足；作為人工智能芯片的重要原材料，單晶硅的供應(yīng)緊缺導(dǎo)致芯片市場(chǎng)價(jià)格上漲；綜合多重因素的作用，中國(guó)人工智能芯片市場(chǎng)供不應(yīng)求，導(dǎo)致人工智能芯片價(jià)格持續(xù)上漲。

中國(guó)人工智能產(chǎn)業(yè)煥發(fā)芯片活力

隨著人工智能的快速發(fā)展，機(jī)器學(xué)習(xí)、算法水平的不斷提升，云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、自動(dòng)駕駛等產(chǎn)業(yè)對(duì)人工智能芯片的數(shù)量以及性能要求不斷加大，帶動(dòng)人工智能芯片產(chǎn)業(yè)不斷發(fā)展。人工智能核心技術(shù)板塊包括人工智能芯片、集成電路、計(jì)算機(jī)視覺(jué)、機(jī)器學(xué)習(xí)、自然語(yǔ)言、生物識(shí)別技術(shù)、大數(shù)據(jù)處理等，而人工智能芯片就是建立在人工智能與半導(dǎo)體芯片基礎(chǔ)上的新興產(chǎn)業(yè)；其中，2021年，中國(guó)人工智能產(chǎn)業(yè)規(guī)模為7442億元，帶動(dòng)產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)規(guī)模1513億元。

中國(guó)人工智能芯片滲透多個(gè)行業(yè)

人工智能芯片包含計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域和半導(dǎo)體芯片領(lǐng)域；計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域是指高效率的智能算法，即軟件；半導(dǎo)體芯片領(lǐng)域是指將算法有效地在硅片上實(shí)現(xiàn)，最終變成能和配套配套軟件結(jié)合的實(shí)體產(chǎn)品。當(dāng)前，人工智能芯片根據(jù)其技術(shù)架構(gòu)可以分為CPU、GPU、FPGA、ASIC、類腦芯片；按照其在網(wǎng)絡(luò)中的位置可以分為云端AI芯片、邊緣AI芯片、終端AI芯片；根據(jù)其在實(shí)踐中的目標(biāo)可以分為訓(xùn)練芯片和推理芯片。

人工智能芯片憑借強(qiáng)大的算法承載力和超高的處理速度，廣泛應(yīng)用于多種場(chǎng)景，比如智能人臉識(shí)別或智能語(yǔ)音識(shí)別，處理超高數(shù)據(jù)庫(kù)的服務(wù)器大數(shù)據(jù)分析，隨時(shí)處理變化的交通信息及各類傳感器信息的自動(dòng)駕駛領(lǐng)域，以及機(jī)器人的智能化等。

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