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文/李水青
來源：鋅刻度（ID:znkedu）
未來AI芯片的競(jìng)爭(zhēng)實(shí)質(zhì)上是性能、成本、生態(tài)、通用性和可編程性的綜合競(jìng)爭(zhēng)。
昨日晚間，港交所文件顯示，百度已經(jīng)通過港交所上市聆訊。其中關(guān)于百度芯片有幾句話值得玩味。
其一，百度在上述文件中稱，“我們亦就百度大腦及特定的AI用途開發(fā)內(nèi)部定制AI芯片以改善性能與成本。我們相信這些計(jì)劃將增強(qiáng)長期增長的收入驅(qū)動(dòng)?！逼涠?，計(jì)劃募集的資金用途包括吸引及留用人才、加強(qiáng)智能云解決方案的商業(yè)化、提升智能駕駛及其他增長計(jì)劃的商業(yè)化、投資AI芯片以及有協(xié)同效應(yīng)的投資、進(jìn)一步發(fā)展移動(dòng)生態(tài)等。
這兩句透露的信號(hào)是：一方面百度認(rèn)為造芯將成為其長期增長引擎之一，是其第三增長曲線；另一方面，百度將加大對(duì)在芯片上的投資與拓展。也就是說，那個(gè)并不是最近一兩年才做的百度芯片，將在其長遠(yuǎn)發(fā)展中扮演更重要的角色，甚至提升到了與智能駕駛、智能助手等同級(jí)別的位置。
值得玩味的是，就在同一天，在TCL春季新品發(fā)布會(huì)上，百度鴻鵠語音芯片首次在大家電行業(yè)中實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，這也是百度智能云落地智能家居業(yè)務(wù)場(chǎng)景的一個(gè)非常重要的開局。
那么透過這個(gè)信號(hào)，就讓我們分析看看，作為百度未來戰(zhàn)略故事的核心賣點(diǎn)之一，百度芯片能否為“AI第一股”百度撐得起標(biāo)簽？百度芯片如何切入市場(chǎng)？
首先讓我們看看AI芯片的市場(chǎng)大環(huán)境。
AI芯片的三大類型
前幾天，據(jù)路透社報(bào)道，美國總統(tǒng)拜登24日在白宮橢圓形辦公室會(huì)見了一個(gè)由兩黨議員組成的小組，共同討論美國供應(yīng)鏈問題，特別是因減產(chǎn)導(dǎo)致的全球芯片短缺問題。拜登在會(huì)后簽署一項(xiàng)行政命令，對(duì)包括半導(dǎo)體行業(yè)在內(nèi)的關(guān)鍵行業(yè)的供應(yīng)鏈進(jìn)行一次范圍廣泛的審查。
據(jù)美國SIA數(shù)據(jù)，近30年在芯片全球產(chǎn)業(yè)鏈中的占比，美國大概占47%，中國現(xiàn)在大概有5%，中美兩國有著近10倍的差距。
全球芯片產(chǎn)業(yè)鏈占比 資料來源：WSTS, SIA, IHS Global, PWC
Tractica數(shù)據(jù)顯示，2019年全球人工智能芯片市場(chǎng)規(guī)模為110億美元，中商產(chǎn)業(yè)研究院預(yù)測(cè)2025年全球人工智能芯片市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到724億美元。
AI芯片可分為設(shè)計(jì)、制造和封裝3個(gè)主要環(huán)節(jié)，其中設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)需要EDA和邏輯電路設(shè)計(jì)驗(yàn)證等軟硬件平臺(tái)的支撐，芯片制造和封裝環(huán)節(jié)需要相關(guān)材料和技術(shù)的支撐。
隨著深度學(xué)習(xí)技術(shù)的突破，人工智能應(yīng)用場(chǎng)景不斷豐富——刷臉支付、AI翻譯、輔助自動(dòng)駕駛、智能音箱等等，人工智能產(chǎn)業(yè)正進(jìn)入新一輪的成長期。
回顧過去三十年半導(dǎo)體行業(yè)發(fā)展可以發(fā)現(xiàn)，每一輪新的下游需求爆發(fā)都會(huì)對(duì)半導(dǎo)體行業(yè)格局產(chǎn)生巨大影響。
從大型機(jī)時(shí)代到PC時(shí)代再到智能手機(jī)時(shí)代，半導(dǎo)體行業(yè)逐漸由一體化走向分工，主角也由英特爾變成ARM、蘋果、臺(tái)積電。
盡管傳統(tǒng)芯片領(lǐng)域中國飽受缺芯之痛，而在這一輪AI浪潮下，中國面臨兩方面機(jī)遇：一是AI應(yīng)用場(chǎng)景的碎片化帶來大量定制化和差異化需求，AI芯片設(shè)計(jì)的門檻有所降低；二是5G和物聯(lián)網(wǎng)帶來新機(jī)會(huì)，AI本質(zhì)上是構(gòu)建非線性神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，從數(shù)據(jù)中挖掘統(tǒng)計(jì)規(guī)律，這成為中國發(fā)展AI得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)。
從這個(gè)邏輯來說，這一輪全球科技競(jìng)爭(zhēng)中，互聯(lián)網(wǎng)巨頭很可能打破原先的產(chǎn)業(yè)鏈分工壁壘，基于下游數(shù)據(jù)和應(yīng)用切入上游芯片設(shè)計(jì)，從而成為全球AI芯片競(jìng)爭(zhēng)的重要力量。這一點(diǎn)已經(jīng)從谷歌、亞馬遜、微軟等互聯(lián)網(wǎng)巨頭相繼推出自己的AI芯片中得到充分印證。
當(dāng)前AI芯片領(lǐng)域的企業(yè)主要分為三類：第一類是集成電路設(shè)計(jì)龍頭企業(yè)，包括Nvidia、Intel、AMD、Qualcomm、Xilinx、聯(lián)發(fā)科、華為海思等，以IP授權(quán)為主要商業(yè)模式的ARM、Cadence和Synopsys等公司也在其列。第二類是以寒武紀(jì)、地平線機(jī)器人、Graphcore等為代表的專注于人工智能芯片研發(fā)的公司。第三類則是以谷歌、百度、阿里、特斯拉為代表的科技公司。#p#分頁標(biāo)題#e#
第一類集成電路設(shè)計(jì)龍頭企業(yè)有著多年的技術(shù)沉淀和研發(fā)積累，在綜合技術(shù)實(shí)力、銷售規(guī)模、資金實(shí)力、人才團(tuán)隊(duì)等方面擁有優(yōu)勢(shì)。
第二類專業(yè)人工智能芯片設(shè)計(jì)公司成立時(shí)間相對(duì)較晚，在營收規(guī)模、綜合技術(shù)積累等方面難以與集成電路設(shè)計(jì)龍頭企業(yè)相比，但在AI算法和針對(duì)AI應(yīng)用場(chǎng)景的專用芯片研發(fā)方面有著一定的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。
第三類企業(yè)最大的優(yōu)勢(shì)則在于擁有巨大的用戶、場(chǎng)景和數(shù)據(jù)積累，而場(chǎng)景和數(shù)據(jù)對(duì)于深度學(xué)習(xí)算法迭代更新恰恰是最重要的。同時(shí)這類企業(yè)往往擁有強(qiáng)大的資金實(shí)力和算法沉淀，對(duì)于算法的了解也使得他們?cè)谠O(shè)計(jì)AI芯片時(shí)能夠更好做到軟硬件一體化，商業(yè)上他們則從滿足內(nèi)部需求開始，逐步迭代成熟后走向開放，并打造生態(tài)。
行業(yè)發(fā)展初期，GPU和CUDA的部署加入使得深度學(xué)習(xí)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)獲得驚人發(fā)展，在訓(xùn)練端，由于需要對(duì)大量原始數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算處理，要求云端的訓(xùn)練芯片有較好的通用性和可編程能力，GPU成為當(dāng)仁不讓的第一選擇。推理端對(duì)于硬件性能要求沒有訓(xùn)練端高，更注重性能、功耗和成本的平衡。
進(jìn)入2015年后，GPU性能功耗比不高的特點(diǎn)使其在工作適用場(chǎng)合受到多種限制，業(yè)界開始研發(fā)針對(duì)人工智能的專用芯片，以期通過更好的硬件和芯片架構(gòu)，在計(jì)算效率、能耗比等性能上得到進(jìn)一步提升，因此針對(duì)多種邊緣端特定場(chǎng)景和運(yùn)算設(shè)計(jì)的各類AI加速器便如雨后春筍般冒出來。
云端：百度等云服務(wù)巨頭縱向切入
按使用場(chǎng)景劃分，AI芯片大致可以分為服務(wù)器端/云端和終端/邊緣端芯片，其中云端芯片部署在大型服務(wù)器中，可以支持圖像、語音等不同類別的AI應(yīng)用。云端芯片由于起步較早，且需要關(guān)聯(lián)的CPU/GPU等硬件成本投入規(guī)模較大，初期主要被英偉達(dá)、英特爾等傳統(tǒng)芯片巨頭把控，但近年來云服務(wù)廠商也開始設(shè)計(jì)自有專用芯片來部署在自家服務(wù)器上，例如谷歌推出的TPU、百度推出的昆侖芯片等。
第一代TPU實(shí)質(zhì)上是一顆專門為機(jī)器學(xué)習(xí)和谷歌深度學(xué)習(xí)框架TensorFlow量身打造的ASIC芯片。該芯片從2015年開始在谷歌云平臺(tái)數(shù)據(jù)中心使用，能讓機(jī)器學(xué)習(xí)每瓦特性能提高一個(gè)數(shù)量級(jí)，相當(dāng)于摩爾定律中芯片效能往前推進(jìn)了七年或者三代。2017年谷歌發(fā)布第二代TPU，可以用于訓(xùn)練，應(yīng)用領(lǐng)域也從圖像搜索、街景、谷歌云視覺API、谷歌翻譯、搜索結(jié)果優(yōu)化以及AlphaGo圍棋系統(tǒng)等任務(wù)進(jìn)一步擴(kuò)展到圖像和語音識(shí)別等大型機(jī)器學(xué)習(xí)模型訓(xùn)練。
國內(nèi)云服務(wù)廠商也開始打造自有的云端AI芯片，一方面可以達(dá)到算法的深度優(yōu)化，另一方面可以加強(qiáng)產(chǎn)業(yè)鏈的掌控力。
根據(jù)英國調(diào)研機(jī)構(gòu)Canalys發(fā)布的2020年第二季度中國基礎(chǔ)云市場(chǎng)報(bào)告顯示，中國云計(jì)算市場(chǎng)整體規(guī)模達(dá)43億美金，同比增長70%。其中，頭部四家廠商市場(chǎng)占有率達(dá)78.7%。百度智能云位列第四，與阿里云、騰訊云等位居第一陣營。
在國內(nèi)前四大云服務(wù)廠家中，目前百度、阿里發(fā)布了自研的AI芯片。阿里發(fā)布了“含光800”AI芯片，作為早就投入AI已十年的百度，同樣也在2019年推出昆侖1代AI計(jì)算處理器。與阿里的“含光800”不同，昆侖1代不僅可以用作推理，也可以用作常規(guī)芯片，支持人工智能通用算法。
基于百度自主研發(fā)的XPU架構(gòu)，昆侖1代采用14nm工藝，16GB HBM內(nèi)存，可以實(shí)現(xiàn)在低于150瓦的功率下達(dá)到256TOPS的INT8處理能力。昆侖在2020年已實(shí)現(xiàn)2萬片左右的規(guī)模部署，作為百度人工智能平臺(tái)的核心組件，不僅百度開源深度學(xué)習(xí)框架飛槳PaddlePaddle，也支持Pytorch和TensorFlow等深度學(xué)習(xí)框架，同時(shí)也支持飛騰、申威等國產(chǎn)CPU和麒麟、統(tǒng)信等國產(chǎn)OS。
百度的昆侖與谷歌TPU最大的不同在于，百度昆侖系列的底層是基于FPGA（Field Programmable Gate Array）設(shè)計(jì)的，其最大的特點(diǎn)就是可編程，因此對(duì)外部合作方來說，可根據(jù)自己的應(yīng)用場(chǎng)景來進(jìn)行定制化的二次開發(fā)，也就可以賦能眾多智能場(chǎng)景，如互聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)制造、科研、智慧城市、智能交通等領(lǐng)域。
例如在工業(yè)領(lǐng)域，2020年3月百度就向合作伙伴微億智造交付搭載昆侖芯片的百度云質(zhì)檢一體機(jī)。在昆侖芯片和百度云的幫助下，微億智造執(zhí)行大腦實(shí)現(xiàn)了對(duì)生產(chǎn)管理過程中海量數(shù)據(jù)的深度計(jì)算，構(gòu)成了一個(gè)從智能硬件到算法軟件再到算力供給的智能制造解決方案閉環(huán)。
據(jù)央視《新聞聯(lián)播》報(bào)道，江蘇常州的精研科技借助百度與微億智造聯(lián)合打造的智能自動(dòng)化監(jiān)測(cè)設(shè)備"表面缺陷視覺檢測(cè)設(shè)備"，解決了工人無法復(fù)工情況下的生產(chǎn)難題。在精研科技的精密零部件制造車間，十臺(tái)無人值守的智能化檢測(cè)設(shè)備24小時(shí)工作，比人工檢測(cè)效率提升近10倍。而作為一款A(yù)SIC芯片，谷歌TPU并不具備可編程性，也很難打造外部生態(tài)。#p#分頁標(biāo)題#e#
邊緣端：百花齊放，初創(chuàng)公司大混戰(zhàn)
與云端不同，邊緣端/終端的數(shù)量龐大，而且需求差異較大，包括手機(jī)、安防攝像頭、汽車、智能家居設(shè)備、各種 IoT 設(shè)備等各類執(zhí)行邊緣計(jì)算的智能設(shè)備。根據(jù)預(yù)測(cè)，2016年云端AI芯片占整體市場(chǎng)的份額達(dá)到80%，而到2025年這一比例將下降到20%，邊緣端將上漲到80%。ABI Research預(yù)測(cè)終端 AI 芯片市場(chǎng)到 2024 年會(huì)增長至 710 億美元。巨大的市場(chǎng)疊加碎片化的場(chǎng)景吸引了諸多巨頭和創(chuàng)業(yè)企業(yè)涌入，邊緣端芯片目前呈現(xiàn)百花齊放的格局。
根據(jù)《電子工程專輯》團(tuán)隊(duì)的梳理，國內(nèi)頭部30家AI芯片廠商中既包括傳統(tǒng)芯片設(shè)計(jì)公司切入AI賽道的華為海思、紫光展銳、全志科技等，也包括百度、阿里等互聯(lián)網(wǎng)巨頭縱向整合，同時(shí)還有諸多初創(chuàng)企業(yè)，如專注于自動(dòng)駕駛領(lǐng)域的地平線、黑芝麻，專注于智能語音的啟英泰倫、云知聲等。
盡管目前AI芯片屬于資本追逐的熱門賽道，但并不代表所有企業(yè)都能撐到最后。2020年4月美國AI芯片明星初創(chuàng)企業(yè)Wave Computing就宣布倒閉。這家成立于2010年的Wave Computing是AI領(lǐng)域眾多有前途的新公司之一，曾被Frost＆Sullivan評(píng)為2018年“機(jī)器學(xué)習(xí)行業(yè)技術(shù)創(chuàng)新領(lǐng)導(dǎo)者”。
wave computing主推的數(shù)據(jù)流處理器單元（DPU）采用非馮諾依曼架構(gòu)，不但具有非常強(qiáng)的可編程性，而且性能參數(shù)對(duì)比GPU這種級(jí)別的處理器性能還有幾十倍的提升。因此Wave Computing一直是資本市場(chǎng)的寵兒，總共獲得超過2億美元的融資，但最后仍難逃倒閉的結(jié)局。
對(duì)于AI初創(chuàng)公司來說，堆砌參數(shù)并不難，難點(diǎn)在于要構(gòu)造類似于英偉達(dá)CUBA的強(qiáng)大生態(tài)，或是能夠打通下游應(yīng)用場(chǎng)景形成“算力-算法-數(shù)據(jù)”的閉環(huán)。而在這一賽道中，前者仍被英偉達(dá)、英特爾等傳統(tǒng)芯片巨頭把持，而后者則面臨互聯(lián)網(wǎng)巨頭的侵入。
從未來芯片之戰(zhàn)，看百度造芯
未來AI芯片的競(jìng)爭(zhēng)實(shí)質(zhì)上是性能、成本、生態(tài)、通用性和可編程性的綜合競(jìng)爭(zhēng)。
“這種大型的、云端、高算力的AI芯片門檻非常高，國內(nèi)只有百度、華為、寒武紀(jì)，這三家真的是能把產(chǎn)品做出來?！币晃蝗谭治鰩煴硎尽?/p>
完成性能和性價(jià)比上的優(yōu)勢(shì)積累，生態(tài)擴(kuò)展也許才是大廠芯片戰(zhàn)事成敗的關(guān)鍵。僅僅硬件遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，一個(gè)整體的解決方案對(duì)商業(yè)化落地也至關(guān)重要。
具體而言，一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)低功耗的AI芯片在幾元~十幾元的區(qū)間，嵌入到一臺(tái)智能終端中，由于測(cè)試、開模等流程的增加，可能導(dǎo)致這臺(tái)智能終端的成本增長幾十到上百元。如果這臺(tái)智能終端的出貨量一年在百萬臺(tái)級(jí)別，就是一個(gè)非常大的數(shù)目，甚至有可能將原本薄利的產(chǎn)品，直接打到負(fù)盈利?！八?，幾塊錢的成本差別，對(duì)芯片企業(yè)來講，有可能就是核心競(jìng)爭(zhēng)力，直接決定了客戶用不用?！?/p>
“性價(jià)比、生態(tài)，尤其是生態(tài)能力，在芯片產(chǎn)業(yè)中尤為關(guān)鍵”，一位芯片資深行業(yè)人士稱。
百度提出了AI-Native的云計(jì)算架構(gòu)，從基礎(chǔ)設(shè)施的AI計(jì)算集群、AI芯片，到工程平臺(tái)的飛槳、云原生，以及應(yīng)用開發(fā)平臺(tái)的視頻云、區(qū)塊鏈等，通過云智一體、端到端的方式，支持產(chǎn)業(yè)的智能應(yīng)用。在芯片基礎(chǔ)之上，百度飛槳深度學(xué)習(xí)平臺(tái)上有265多萬開發(fā)者、創(chuàng)造了34萬多個(gè)模型，實(shí)現(xiàn)覆蓋通信、電力、城市管理、民生、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、公益等眾多行業(yè)和領(lǐng)域。
由于生態(tài)的存在，像百度這樣的公司至少可以避免造出來的芯片沒有用武之地的風(fēng)險(xiǎn)，更為關(guān)鍵的可以產(chǎn)生良好的內(nèi)部正循環(huán)。像當(dāng)年的華為海思的麒麟芯片一樣，正因?yàn)橛腥A為mate系列和p系列終端的支持，麒麟芯片才能快速迭代后反過來完成對(duì)華為手機(jī)的迭代進(jìn)化。而百度在智能駕駛、智能助手等場(chǎng)景也一樣，都有場(chǎng)景與技術(shù)積累，這將給百度的邊緣端AI芯片提供幫助。
封閉體系比拼的是性能和成本，而開放體系比拼的則是生態(tài)、通用性和可編程性。就像智能手機(jī)操作系統(tǒng)的安卓與IOS一樣，AI芯片的封閉生態(tài)和開放生態(tài)也很有可能長期共存，AI市場(chǎng)的廣闊性和場(chǎng)景的碎片性決定了ASIC/FPGA/GPU都能獲得巨大的發(fā)展空間。
也就是說，有足夠的場(chǎng)景和生態(tài)支持，才能決定AI芯片的發(fā)展上限。
這也是為什么有分析師認(rèn)為， “百度二次上市要為智能駕駛、AI芯片等儲(chǔ)備‘彈藥’，人才引進(jìn)、場(chǎng)景化落地、戰(zhàn)略投融資、商業(yè)化推進(jìn)、生態(tài)搭建，這些都是募集資金的用途，背后是其要坐穩(wěn)AI第一股的根因。”
那么，百度造芯的信號(hào)，你看懂了吧。