瞻觀前沿

近日，中國科學院自動化研究所消息，該所李國齊、徐波研究員團隊與合作者共同研發(fā)出一套能夠實現(xiàn)動態(tài)計算的算法-軟件-硬件協(xié)同設計的、低功耗的類腦神經形態(tài)系統(tǒng)級芯片Speck，展示出類腦神經形態(tài)計算在融合高抽象層次大腦機制時的天然優(yōu)勢，相關研究成果在線發(fā)表于《自然-通訊》雜志。

論文通訊作者李國齊研究員介紹說，人腦能夠運行非常復雜且龐大的神經網(wǎng)絡，總功耗卻僅為20瓦，遠小于現(xiàn)有的人工智能系統(tǒng)。因此，在算力比拼加速，能耗日益攀升的今日，借鑒人腦的低功耗特性發(fā)展新型智能計算系統(tǒng)成為極具潛力的方向。

在本項研究中，合作團隊提出神經形態(tài)動態(tài)計算的概念，通過設計一種類腦神經形態(tài)芯片Speck來實現(xiàn)基于注意力機制的動態(tài)計算，在硬件層面做到沒有輸入，沒有功耗，在算法層面做到有輸入時，根據(jù)輸入重要性程度動態(tài)調整計算，從而在典型視覺場景任務功耗可低至0.7毫瓦，進一步挖掘出神經形態(tài)計算在性能和能效上的潛力。

該研究實踐證實高、低抽象層次大腦機制的融合能進一步激發(fā)類腦計算潛力，將為未來將大腦進化過程中產生的各種高級神經機制融合至神經形態(tài)計算提供啟發(fā)。

圖片來源：中國科學院自動化研究所

技術價值觀察

人工智能芯片產業(yè)鏈結構清晰，鏈條較短，主要分為上游的材料與設備，中游的產品制造，下游的應用市場;上游的材料與設備主要指半導體材料和半導體設備，半導體材料包括單晶硅、單晶鍺、砷化鎵、晶體管等材料，半導體設備包括光刻機、等離子刻蝕機等設備;中游的產品制造包括芯片設計和芯片制造，芯片設計的流程主要是通過EDA進行系統(tǒng)設計、RTL設計、物理設計等過程，芯片制造包括晶圓加工、晶圓測試、晶片切割、芯片封裝等過程;下游的應用市場主要有云計算、自動駕駛、智能手機、無人機、智能音箱、智能安防等。

我國科學團隊開發(fā)出新型類腦神經形態(tài)系統(tǒng)級芯片Speck，具有極低的靜息功耗。因此，從人工智能芯片產業(yè)鏈上看，該技術處于產業(yè)鏈的中游產品制造環(huán)節(jié)。

宏觀市場觀察

——AI芯片是智能計算的主流模式

基于AI芯片的加速計算是當前智能計算的主流模式。AI芯片通過和AI算法的協(xié)同設計來滿足AI計算對算力的超高需求。當前主流的AI加速計算主要是采用CPU系統(tǒng)搭載GPU、FPGA、ASIC等異構加速芯片。近年來，國產AI加速芯片廠商持續(xù)發(fā)力，在該領域取得了快速進展，相關產品陸續(xù)發(fā)布，覆蓋了AI推理和AI訓練需求，其中既有基于通用GPU架構的芯片，也有基于ASIC架構的芯片，另外也出現(xiàn)了類腦架構芯片，總體上呈現(xiàn)出多元化的發(fā)展趨勢。

——人工智能芯片發(fā)展路徑

人工智能作為一項計算密集型的新技術，在早期發(fā)展階段依賴通用芯片的性能迅速發(fā)展，而后期將依賴專用芯片來主宰市場。定制的硬件能夠實現(xiàn)更優(yōu)的功耗效率，滿足不同算法、結構、終端和消費者的需求，實現(xiàn)規(guī)?；氖找妗Ｈ欢?，通用芯片與專用芯片永遠不是互相替代的關系，二者必須協(xié)同工作才能發(fā)揮出最大的價值。

——全球AI芯片發(fā)展歷程

AI芯片作為人工智能核心的底層硬件，在發(fā)展過程中經歷了多次起伏和波折。在2007年以前，全球AI芯片產業(yè)并未成熟，由于當時的算法和數(shù)據(jù)量等因素，通用的CPU芯片可以滿足市場需求。隨著云計算技術的廣泛推廣，人工智能研究人員可以通過云計算借助大量CPU和GPU進行混合運算，進一步推動了AI芯片的應用和發(fā)展。隨后，從2015年開始，針對人工智能的專用芯片開始被研發(fā)，這些芯片在計算效率、能耗比等性能方面得到了進一步提升。

——人工智能芯片滲透多個行業(yè)

人工智能芯片包含計算機科學領域和半導體芯片領域;計算機科學領域是指高效率的智能算法，即軟件;半導體芯片領域是指將算法有效地在硅片上實現(xiàn)，最終變成能和配套配套軟件結合的實體產品。當前，人工智能芯片根據(jù)其技術架構可以分為CPU、GPU、FPGA、ASIC、類腦芯片;按照其在網(wǎng)絡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)其在實踐中的目標可以分為訓練芯片和推理芯片。

人工智能芯片憑借強大的算法承載力和超高的處理速度，廣泛應用于多種場景，比如智能人臉識別或智能語音識別，處理超高數(shù)據(jù)庫的服務器大數(shù)據(jù)分析，隨時處理變化的交通信息及各類傳感器信息的自動駕駛領域，以及機器人的智能化等。

——全球人工智能芯片市場規(guī)模

隨著全球人工智能終端設備數(shù)量的增長以及邊緣計算的需求逐步提升，人工智能芯片作為人工智能的大腦，市場需求量快速增長，市場規(guī)模不斷擴大。根據(jù)Tractica公布的數(shù)據(jù)顯示，2019年全球人工智能芯片市場規(guī)模達110億美元，預計2025年有望突破720億美元。

經濟學人APP資訊組

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標簽： 芯片 人工智能 計算 隨筆