主流AI處理器的制程、架構(gòu)和市場(chǎng)發(fā)展對(duì)比分析

小編比較了目前主流“AI處理器”的技術(shù)和市場(chǎng)發(fā)展，并用表格的形式列出了它們的制程、架構(gòu)及應(yīng)用。

人工智能大熱，國內(nèi)外芯片開發(fā)商競(jìng)相發(fā)布自己的AI處理器智能芯片。小編比較了目前主流“AI處理器”的技術(shù)和市場(chǎng)發(fā)展，并用表格的形式列出了它們的制程、架構(gòu)及應(yīng)用。

寒武紀(jì)Cambricon-1A：核心的核心

寒武紀(jì)科技的Cambricon-1A是一款深度學(xué)習(xí)專用處理器芯片(NPU)，其高性能硬件架構(gòu)及軟件支持Caffe、Tensorflow、MXnet等主流AI開發(fā)平臺(tái)。據(jù)稱這是國際上首個(gè)成功商用的深度學(xué)習(xí)處理器IP產(chǎn)品，可廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)視覺、語音識(shí)別、自然語言處理等智能處理關(guān)鍵領(lǐng)域。專注于人工智能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的美國權(quán)威媒體CB Insights最新發(fā)布全球AI 100榜單，寒武紀(jì)以其深度學(xué)習(xí)專用處理器入選，是中國大陸唯一一家上榜的AI硬件創(chuàng)業(yè)公司。

寒武紀(jì)目前有三條產(chǎn)品線：首先是智能終端處理器IP授權(quán)，智能IP指令集可授權(quán)集成到手機(jī)、安防、可穿戴設(shè)備等終端芯片中，客戶包括國內(nèi)頂尖SoC廠商，現(xiàn)已開始投入市場(chǎng)。其次，在智能云服務(wù)器芯片領(lǐng)域，作為PCIE加速卡插在云服務(wù)器上，客戶主要是國內(nèi)的知名服務(wù)器廠商。第三，家用智能服務(wù)機(jī)器人芯片：從智能玩具、智能助手入手，使服務(wù)機(jī)器人獨(dú)立具備看聽說的能力。客戶是各類下游機(jī)器人廠商，產(chǎn)品的推出將比智能云服務(wù)器芯片更晚一些。

華為麒麟970：號(hào)稱全球首款A(yù)I處理器

華為聲稱麒麟970是全球第一款人工智能系統(tǒng)級(jí)芯片，Kirin 970選擇了異構(gòu)計(jì)算架構(gòu)來大幅提升AI的運(yùn)算能力，內(nèi)置獨(dú)立的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理單元。據(jù)說這種專用硬件處理單元源自寒武紀(jì)NPU IP授權(quán)，專門用于機(jī)器學(xué)習(xí)和一般的AI應(yīng)用程序。

Kirin970采用臺(tái)積電10ns芯片組制程技術(shù)（耗電量減少20%，體積減少 40%），主要規(guī)格如下：8 核心 CPU（時(shí)脈最高達(dá)2.4GHz），新世代12核心GPU（Mali G72MP12）、Kirin NPU（1.92T FP16 OPS）、Image DSP（512bit SIMD）、Dual Camera ISP（具備臉部、動(dòng)作偵測(cè)）、HiFi Audio（32bit/384k）、UFS 2.1、安全引擎（inSE&TEE）、全球通用4.5G數(shù)據(jù)機(jī)（1.2Gbps@LTE Cat 18）、4K影像（HDR10）、LPDDR 4X、i7感應(yīng)處理器。

華為宣布將在美國上市的Huawei Mate 10 Pro會(huì)搭載麒麟970芯片，另外華為榮耀（Honor V10）也會(huì)采用。相較之下，高通驍龍845也把大部分焦點(diǎn)集中在AI，而普及率無疑會(huì)比麒麟970高，驍龍845支持眾多Android 旗艦智能手機(jī)，當(dāng)中包括三星、Sony、LG 和小米的高端產(chǎn)品。

與華為麒麟970芯片不同的是，高通是在通用平臺(tái)內(nèi)做內(nèi)核優(yōu)化，它沒有獨(dú)立的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)引擎單元，而是更彈性的機(jī)器學(xué)習(xí)架構(gòu)，分布在CPU、GPU、DPS等每個(gè)單元上，從而可以針對(duì)不同移動(dòng)終端彈性調(diào)用各個(gè)處理單元。

對(duì)于兩者方向的不同，高通方面認(rèn)為集成更加有效。但華為認(rèn)為，鑒于手機(jī)對(duì)能耗的要求，獨(dú)立NPU處理單元未來一定是手機(jī)處理器的必由之路，從現(xiàn)在看只有蘋果和華為做了獨(dú)立的NPU。

最近從微博流出Kirin 970與Snapdragon 845跑分對(duì)比，聲稱前者跑分比后者還要高出7%，但麒麟970、驍龍845的差異其實(shí)不大，且網(wǎng)絡(luò)還只秀出幾個(gè)獨(dú)立測(cè)試結(jié)果，并非完整跑分的平均值，顯示差距甚至可能比表面看來還小。同樣地，就算處理器的跑分很高，實(shí)地運(yùn)作的績(jī)效還是不一定，尤其在差距如此微小的情況下。話雖如此，外泄的跑分結(jié)果依舊暗示華為旗艦處理器的運(yùn)算能力有可能很快會(huì)追上高通。

高通驍龍845：今年將在高端Android手機(jī)中廣泛應(yīng)用

驍龍845采用最新的八核Kryo 385定制架構(gòu)，性能比驍龍835的Kryo 280提升25%，三星第二代10nm工藝制程，主頻最高為2.8GHz；其次驍龍845集成的Adreno 630 GPU性能比驍龍835的Adreno 540提升30%，功耗降低30%。另外，驍龍845集成了第二代千兆級(jí)LTE Modem——X20調(diào)制解調(diào)器，比驍龍835的X16速度提升20%，其集成的全新Hexagon 685 DSP與Spectra 280 ISP全面提升拍照功能。

從微博發(fā)布的驍龍845和麒麟970參數(shù)規(guī)格對(duì)比看出，驍龍845核心發(fā)生巨大升級(jí)，采用全新高端大核心A75與A53組合，GPU升級(jí)為Adreno 630，三星10nm LPE制程工藝。而麒麟970繼續(xù)采用A73核心與A53核心，GPU型號(hào)未知，同樣采用10nm工藝，由臺(tái)積電代工。

三星Exynos 9810：蘋果A11的最強(qiáng)對(duì)手？

三星Exynos9810處理器采用其第三代自研M3架構(gòu)，擁有4個(gè)2.9GHz的M3大核和4個(gè)1.9GHz的A55小核，依然是10nm（FinFET）的制程工藝。10nm也是目前蘋果A11、驍龍845和麒麟970都在采用的制程工藝。

GPU方面，Exynos9810采用最新的Mali-G72，采用了18顆核心（MP18），預(yù)計(jì)工作頻率在700MHz。Mali-G72是ARM去年發(fā)布的基于Bifrost架構(gòu)的圖形處理器，在更小面積與更低功耗的基礎(chǔ)上，提供更強(qiáng)大的效能。采用Mali-G72的設(shè)備，整體圖形性能是前一代的1.4倍。能效提升25%，芯片面積效能提升20%，機(jī)器學(xué)習(xí)效率提升17%。

在人工智能方面，支持人臉檢測(cè)的Bixby變得更加聰明?；谏窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)的深度學(xué)習(xí)，新的處理器能夠通過快速圖像搜索和分類精確識(shí)別照片中的人或物，以進(jìn)行快速圖像搜索或分類，或者通過深度感測(cè)，在3D中掃描用戶的臉部以進(jìn)行混合式人臉檢測(cè)。通過利用硬件和軟件，混合式人臉檢測(cè)功能可以實(shí)現(xiàn)真實(shí)的人臉跟蹤檢測(cè)，從而在使用人臉進(jìn)行設(shè)備解鎖時(shí)候更加安全。

英偉達(dá)DRIVE Xavier：為自動(dòng)駕駛提供強(qiáng)勁驅(qū)動(dòng)力

在CES會(huì)展上搶盡風(fēng)頭的英偉達(dá)展示了DRIVE Xavier，這個(gè)AI芯片由一個(gè)特別定制的8核CPU、一個(gè)全新的512核Volta GPU、一個(gè)全新深度學(xué)習(xí)加速器、全新計(jì)算機(jī)視覺加速器、以及全新8K HDR視頻處理器而打造。DRIVE Xavier可以提供更高的處理能力，運(yùn)行功率更低，每秒可運(yùn)行30 萬億次計(jì)算，功耗卻僅為30瓦，能效比上一代架構(gòu)高出15倍。TensorCore、視頻識(shí)別和流處理、物體定位、路徑規(guī)劃等所有AI計(jì)算任務(wù)都能在上面飛快跑起來，據(jù)稱首批樣品2018年第一季度就可以交付給客戶。英偉達(dá)CEO黃仁勛表示，中國市場(chǎng)是全球最大市場(chǎng)，所有的系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)都考慮到了本地化和中國客戶的需求，比如百度的每輛自動(dòng)駕駛車輛都搭載了Drive Xavier。

Intel Loihi：挑戰(zhàn)神經(jīng)擬態(tài)計(jì)算難題

為了抵御NVIDIA在人工智能領(lǐng)域的強(qiáng)勢(shì)進(jìn)攻，Intel先后收購了FPGA芯片巨頭Altera、AI初創(chuàng)公司Nervana Systems，以及以色列自動(dòng)駕駛芯片公司Mobileye等。Intel在CES上向各界展示了其自主學(xué)習(xí)神經(jīng)擬態(tài)芯片“Loihi”，這是在收購以上技術(shù)公司并匯集眾多研究成果后推出的神經(jīng)擬態(tài)芯片。

AI芯片可以分為兩類，一類為人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，而另一類為神經(jīng)擬態(tài)計(jì)算，理論上來說神經(jīng)擬態(tài)計(jì)算效能更好，但芯片開發(fā)難度更大，Intel的Loihi采用神經(jīng)擬態(tài)計(jì)算這條更難的道路可以看出它希望逆襲NVIDIA的野心。

Loihi采用了架構(gòu)到芯片建模、異步設(shè)計(jì)流程以及基于FPGA仿真的圓形算法驗(yàn)證，具有非常節(jié)能的特點(diǎn)，擁有128個(gè)核+3個(gè)低功耗X86核、可編程的學(xué)習(xí)規(guī)則等特點(diǎn)。

Intel介紹Loihi芯片擁有自主學(xué)習(xí)功能，并且可以利用數(shù)據(jù)來學(xué)習(xí)和推斷，隨著時(shí)間延長能變得更加智能，可以應(yīng)用于汽車和工業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域，不過說了這么多優(yōu)點(diǎn)，這一切還需要在現(xiàn)實(shí)中應(yīng)用以證明它是否具有這些能力，這恰恰是Intel相較NVIDIA的弱點(diǎn)，因?yàn)楫?dāng)前在全球的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練系統(tǒng)大多數(shù)都采用NVIDIA的芯片，Intel需要加大力度推廣以在市場(chǎng)份額上趕上NVIDIA。

瑞芯微RK3399Pro：首次采用CPU+GPU+NPU硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

瑞芯微電子（Rockchip）在CES上發(fā)布旗下首款性能超強(qiáng)的AI處理器RK3399Pro，為人工智能領(lǐng)域提供一站式Turnkey解決方案，其NPU運(yùn)算性能高達(dá)2.4TOPs，具高性能、低功耗、開發(fā)易等優(yōu)勢(shì)。

RK3399Pro AI芯片采用big.LITTLE大小核CPU架構(gòu)，雙核Cortex-A72+四核Cortex-A53，在整體性能、功耗方面具技術(shù)領(lǐng)先性；四核ARM高端GPU Mali-T860，集成更多帶寬壓縮技術(shù)，整體性能優(yōu)異。RK3399Pro具備極強(qiáng)的AI運(yùn)算性能，是瑞芯微首次采用CPU+GPU+NPU硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的AI芯片，其集成的NPU融合了瑞芯微在機(jī)器視覺、語音處理、深度學(xué)習(xí)等領(lǐng)域的多年經(jīng)驗(yàn)。相較傳統(tǒng)芯片，典型深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)Inception V3、ResNet34、VGG16等模型在RK3399Pro芯片上的運(yùn)行效果表現(xiàn)出眾。

聯(lián)發(fā)科NeuroPilot：廣泛用于消費(fèi)性產(chǎn)品

聯(lián)發(fā)科在CES發(fā)布了NeuroPilot人工智能（AI）平臺(tái)，主攻智能手機(jī)、智能家庭、自駕車的終端邊緣運(yùn)算。聯(lián)發(fā)科表示，目前1年約有15億臺(tái)消費(fèi)電子產(chǎn)品采用聯(lián)發(fā)科芯片，2018年將整合AI處理器與NeuroPilot SDK軟件開發(fā)套件技術(shù)，將AI帶入廣泛的消費(fèi)性產(chǎn)品中。

聯(lián)發(fā)科已在2018年新款Helio手機(jī)芯片中加入AI運(yùn)算核心，現(xiàn)在已為智能語音助理、智能電視、自駕車打造AI解決方案，并在CES中展示具體跨平臺(tái)應(yīng)用，包括Amazon Echo智能語音助理、Android O智能電視、BelkinWemo智能型插座、以及聯(lián)發(fā)科全網(wǎng)覆蓋家庭路由器等。

華夏芯“北極星”：完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的AI芯片平臺(tái)

華夏芯發(fā)布全自主IP的AI芯片平臺(tái)——“北極星”，這是國內(nèi)首次發(fā)布的CPU、DSP和AI全部具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的平臺(tái)型人工智能芯片。“北極星”是一款面向多種應(yīng)用的SoC芯片，不但有負(fù)責(zé)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和深度學(xué)習(xí)的AI專用處理器，還集成了高性能的CPU/DSP，其能力可以延伸到多個(gè)產(chǎn)品領(lǐng)域，諸如智能輔助駕駛、智能安防監(jiān)控、機(jī)器人、計(jì)算機(jī)視覺、車載和商用雷達(dá)探測(cè)、語音識(shí)別等嵌入式人工智能應(yīng)用。此外，還能延伸到工業(yè)4.0、現(xiàn)場(chǎng)控制、邊緣計(jì)算、智能硬件、智慧家居等在內(nèi)的多個(gè)其它領(lǐng)域，是一款市場(chǎng)適應(yīng)性極強(qiáng)的異構(gòu)計(jì)算和人工智能平臺(tái)型芯片。

“北極星”可以在單芯片上采用編程擴(kuò)展的方法實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度很高的現(xiàn)場(chǎng)控制與決策、數(shù)字信號(hào)處理、圖像信號(hào)處理、基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的深度學(xué)習(xí)和特征提取、多線程并行計(jì)算等多種功能。“北極星”芯片采用臺(tái)積電28nm工藝制程，將于2018年上半年量產(chǎn)。

地平線“征程”和“旭日”：嵌入式人工智能視覺芯片

去年獲得Intel一億美元投資的地平線推出了征程（Journey）和旭日（Sunrise）兩款處理器，都屬于嵌入式人工智能視覺芯片，分別面向智能駕駛和智能攝像頭。

這兩款芯片性能可達(dá)到1Tops，實(shí)時(shí)處理1080P@30幀，每幀可同時(shí)對(duì)200個(gè)目標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)、跟蹤、識(shí)別。典型功耗做到1.5W。兩款芯片采用關(guān)注模型（Attention Engine）+認(rèn)知模型（Cognition Engine）的數(shù)據(jù)處理流模式。通過這一個(gè)組合算法，芯片的計(jì)算速度可以10倍以上。通過邊緣學(xué)習(xí)，模型可以不斷提升自己，錯(cuò)誤率降低在50%以上。此外，兩款芯片利用彈性張量計(jì)算核，地平線人工智能處理器的乘法器利用率接近100%。

征程1.0處理器具備同時(shí)對(duì)形容、機(jī)動(dòng)車、非機(jī)動(dòng)車、車道線、交通標(biāo)志牌、紅綠燈等多類目標(biāo)進(jìn)行精準(zhǔn)實(shí)時(shí)檢測(cè)與識(shí)別的處理能力，可支持L2級(jí)別的輔助駕駛系統(tǒng)

旭日1.0系列處理器集合了深度學(xué)習(xí)算法，支持在前段實(shí)現(xiàn)大規(guī)模人臉檢測(cè)跟蹤、視頻結(jié)構(gòu)化，可應(yīng)用于智能城市、智能商業(yè)等場(chǎng)景。