寒武紀(jì)帶頭沖鋒，中國(guó)芯片產(chǎn)業(yè)的發(fā)展從未停歇

在近來(lái)積極為中國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)未來(lái)發(fā)展出謀劃策的熱烈討論中，可以發(fā)現(xiàn)的是，雖然國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)上下游供應(yīng)鏈的確存在部分無(wú)法掌握在自己手里的限制。但相對(duì)于其他國(guó)家地區(qū)，中國(guó)芯片設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展腳步卻從未停歇。

相較于其他地區(qū)，國(guó)內(nèi)芯片產(chǎn)業(yè)的發(fā)展動(dòng)能仍然相對(duì)活躍，甚至可以說(shuō)具有部份得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)，一國(guó)內(nèi)市場(chǎng)夠大，終端應(yīng)用發(fā)展的持續(xù)創(chuàng)新，讓芯片設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)不缺題目可做，二是相較于其他地區(qū)，國(guó)內(nèi)鼓勵(lì)創(chuàng)新的融資氛圍，也有利于芯片創(chuàng)業(yè)公司的發(fā)展。

整體來(lái)看，過(guò)去幾年可以說(shuō)是芯片產(chǎn)業(yè)發(fā)展最快的一段時(shí)間，而 AI 更是這些新創(chuàng)芯片行業(yè)中獲得最多關(guān)注目光的技術(shù)類(lèi)型，各種專(zhuān)有型、通用型AI 計(jì)算芯片如雨后春筍般不斷冒出頭來(lái)。

近來(lái)許多人討論中國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展所遭遇的困境，不可否認(rèn)，其中有一派論調(diào)是較為悲觀負(fù)面的，但值得注意的是，不論是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)、或是更細(xì)化的芯片產(chǎn)業(yè)，都不是今日播種、明日收割的商業(yè)模式，其中牽涉的，除了核心技術(shù)的自主掌握，更包含了商業(yè)模式道路的正確選擇。

而在此其中，中科院出身的寒武紀(jì)無(wú)疑是最具有指標(biāo)性的代表企業(yè)。從 2016 年正式成立，短短不到 2 年的時(shí)間，寒武紀(jì)不但是少數(shù)的芯片產(chǎn)業(yè)新創(chuàng)獨(dú)角獸公司，在成為獨(dú)角獸的速度上，對(duì)比其他以商業(yè)模式創(chuàng)新吸引熱錢(qián)進(jìn)駐的新創(chuàng)公司，靠著扎實(shí)核心技術(shù)苦干起家的寒武紀(jì)，也毫不遜色。

值得注意的是，在近來(lái)外界一片熱議聲中，向來(lái)低調(diào)的寒武紀(jì)卻在日前宣布，即將在 5 月 3 號(hào)召開(kāi)新品發(fā)布會(huì)，以 “從端入云”為主軸，推出針對(duì)云計(jì)算的新一代方案。

相較于過(guò)去寒武紀(jì)的行事風(fēng)格，由公司主動(dòng)宣布召開(kāi)的新品發(fā)布會(huì)選在這個(gè)時(shí)點(diǎn)上，有其必須重視的指標(biāo)性意義。

盡管到目前為止，寒武紀(jì)都還未對(duì)外透露任何新品發(fā)布會(huì)的細(xì)節(jié)，但若以新一代云計(jì)算平臺(tái)方案的方向來(lái)看，先前已先與寒武紀(jì)建立合作關(guān)系的中科曙光，仍將會(huì)是首批采用此架構(gòu)的廠商。另外，積極尋找云計(jì)算替代方案的阿里巴巴也有可能正式引入使用，畢竟阿里巴巴現(xiàn)在的云計(jì)算架構(gòu)已經(jīng)包含了來(lái)自 AMD、英偉達(dá)的 GPU，以及來(lái)自英特爾與賽靈思的 FPGA，為尋找最優(yōu)化架構(gòu)，自然也會(huì)希望在寒武紀(jì)的新一代云計(jì)算方案中提早卡位導(dǎo)入應(yīng)用，進(jìn)一步打破中國(guó)云計(jì)算清一色基于外來(lái)架構(gòu)的現(xiàn)況。

事實(shí)上，寒武紀(jì)的獨(dú)角獸地位，不只是技術(shù)層次的超越，也是因?yàn)槠涫袌?chǎng)目標(biāo)放的更遠(yuǎn)。很多人都知道在淘金熱中，靠淘金致富的寥寥無(wú)幾，不過(guò)賣(mài)工具的人卻多半能夠賺到大錢(qián)，而寒武紀(jì)卻是同時(shí)身兼 AI 熱潮淘金者與工具設(shè)備供應(yīng)商兩個(gè)角色，是有實(shí)力創(chuàng)造出完整生態(tài)的廠商，而非單純的方案供應(yīng)商。

近來(lái)可以看到的是，阿里巴巴已經(jīng)補(bǔ)齊自有架構(gòu)的最后一片空白；盡管外界雜音不斷，但華為靠著自有芯片公司海思卻也撐起半邊天；小米自有方案的嘗試并不算成功；而全志和瑞芯微等傳統(tǒng)芯片設(shè)計(jì)廠商紛紛走向 AI 芯片開(kāi)發(fā)方向。這一連串的變化，又將為中國(guó)芯片產(chǎn)業(yè)帶來(lái)何種變局？

中國(guó) AI 方案多不勝數(shù)，但各行其是難形成強(qiáng)大生態(tài)

不少 AI 方案廠商，更多只是設(shè)計(jì)算法，使其在不同平臺(tái)或應(yīng)用中運(yùn)行，比如說(shuō)地平線(xiàn)、深鑒都是以 FPGA 為基礎(chǔ)的 AI 方案廠商，前者是采用英特爾的 FPGA 芯片，后者則是與賽靈思（Xilinx) 合作，而目前包含商湯、曠視、云從、依圖四大視覺(jué)計(jì)算方案獨(dú)角獸，以及傳統(tǒng)芯片設(shè)計(jì)公司轉(zhuǎn)向 AI 芯片設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)等也都是采用外來(lái)方案，在某些層次上，更像是為國(guó)外廠商創(chuàng)造更多出?？?，對(duì)中國(guó)芯片產(chǎn)業(yè)的發(fā)展并沒(méi)有太大直接幫助。

圖|各大 AI 方案公司使用芯片架構(gòu)一覽

圖丨Kirin 970

且不只是在智能終端提供標(biāo)準(zhǔn)化的 AI 加速芯片方案，寒武紀(jì)與中科曙光的合作，也為服務(wù)器廠商提供了更多樣化的算力來(lái)源，可以扭轉(zhuǎn)過(guò)去必須完全依靠 GPU 或者 FPGA 的情況，完全使用自有的架構(gòu)同樣能打造具備優(yōu)秀性能價(jià)格比與能耗比的產(chǎn)品。也因?yàn)樵朴?jì)算以及數(shù)據(jù)中心對(duì)算力的要求越來(lái)越高，寒武紀(jì)也即將推出最新一代針對(duì)服務(wù)器的 AI 算力核心，預(yù)計(jì)性能可大幅超越現(xiàn)有的計(jì)算平臺(tái)。

主流 AI 加速芯片其實(shí)就是針對(duì)大批量計(jì)算的龐大乘加器結(jié)構(gòu)，配合運(yùn)存管理以及算法邏輯核心等基礎(chǔ) IC 單元的設(shè)計(jì)，在同樣單位時(shí)間內(nèi)能處理更多的計(jì)算就代表性能更好，若僅針對(duì)單一應(yīng)用優(yōu)化，其實(shí)設(shè)計(jì)上的難度要遠(yuǎn)低于 CPU 和 GPU，二者都需要極為復(fù)雜的邏輯處理能力，以及配合不同應(yīng)用的功能重新定義，不僅需要比較復(fù)雜的芯片單元設(shè)計(jì)，能耗也會(huì)因此增加，所以一般專(zhuān)用 AI 芯片架構(gòu)在能耗上可以做到非常低的程度。

而另一個(gè)案例是比特大陸，眾所周知，比特大陸向來(lái)是以挖礦芯片產(chǎn)品聞名，但除了挖礦芯片以外，該公司也推出 AI 計(jì)算架構(gòu)。其實(shí)挖礦芯片和 AI 芯片本質(zhì)上有很多雷同之處，二者同樣都是針對(duì)大批量矢量計(jì)算優(yōu)化的架構(gòu)，只要在現(xiàn)有架構(gòu)上小部分的功能區(qū)塊進(jìn)行重新定義，就可搖身一變成為 AI 芯片。

但是然而這些廠商之所以轉(zhuǎn)型都是為情勢(shì)所逼，AI 芯片并非真正在其長(zhǎng)期規(guī)劃中，由于缺乏通盤(pán)考慮，這類(lèi)公司通常推出 AI 芯片時(shí)，在應(yīng)用層上缺失不少，后續(xù)才會(huì)自行或通過(guò)第三方補(bǔ)上相關(guān)算法或模型，比特大陸看起來(lái)是想要自行打造 AI 生態(tài)，全志則是倚賴(lài)來(lái)自 ARM 針對(duì) GPU 優(yōu)化的算法。

圖｜瑞芯微所采用的 NPU 效能表現(xiàn)極高

值得注意的是，瑞芯微采用的 NPU 在性能上遠(yuǎn)優(yōu)于 Kirin 970，不過(guò)這可能是其采用的 NPU 規(guī)模較大，或者是時(shí)鐘頻率較高，由于其芯片并不會(huì)用在手機(jī)上這種功耗預(yù)算非常緊的設(shè)備上，在規(guī)模的設(shè)定方面也較有余量。

手機(jī)巨頭的造芯運(yùn)動(dòng)

華為很久前就已經(jīng)通過(guò)海思投入自有芯片的設(shè)計(jì)，不僅用在自家手機(jī)上，也使用在網(wǎng)絡(luò)終端及基站產(chǎn)品中，布局相當(dāng)廣，由于華為產(chǎn)品銷(xiāo)售極廣，連帶帶動(dòng)海思產(chǎn)值規(guī)模不斷提升，2017 年已經(jīng)是全球排名第 7 的 IC 設(shè)計(jì)廠商，以其在手機(jī)上的布局觀察，目前華為使用自家方案的比重越來(lái)越高，2017 年已經(jīng)有超過(guò) 6 成是使用海思的方案，其穩(wěn)定可靠的性能表現(xiàn)亦獲得消費(fèi)者的肯定。

圖丨小米澎湃S1

手機(jī)廠自研芯片除華為、中興，小米也是另一個(gè)加入這個(gè)戰(zhàn)場(chǎng)的廠商，不過(guò)小米的技術(shù)主要來(lái)自過(guò)去的聯(lián)芯，而聯(lián)芯在技術(shù)層次上其實(shí)要更落后于紫光展銳，其最新推出的 4G 方案只能支持 Cat.4，明顯趕不上主流技術(shù)進(jìn)展，要期待小米能夠有什么長(zhǎng)足的進(jìn)步其實(shí)很困難。不過(guò)小米以?xún)?nèi)銷(xiāo)為主，而且沒(méi)有像華為、中興牽扯到敏感國(guó)家的出口問(wèn)題，制裁大刀一時(shí)半刻也砍不到它身上，因此還有時(shí)間可以改善自己的技術(shù)儲(chǔ)備。

手機(jī)廠的造芯主要有兩個(gè)原因，一個(gè)是差異化，比如說(shuō)華為就靠著 Kirin 系列芯片的高度定制化設(shè)計(jì)及 AI 單元的加入，奪得市場(chǎng)眼光。小米則是從成本著眼，若能夠?qū)⒅械投俗吡康漠a(chǎn)品以自有方案取代，那么可以相當(dāng)程度降低需要支付給高通、聯(lián)發(fā)科等芯片企業(yè)的成本。

云端龍頭的中國(guó)芯布局

在這方面，阿里巴巴可以說(shuō)是走在 BAT 的最前端，相較于騰訊、百度仍以英特爾、英偉達(dá)的方案為算力核心，終端設(shè)計(jì)以外來(lái)方案為主，對(duì)相關(guān)新創(chuàng)計(jì)算芯片的投資與掌握態(tài)度相對(duì)冷淡，阿里巴巴不但積極布局包含 AI 計(jì)算，甚至也在日前全資收購(gòu)中天微，打造完全自有的終端與 IoT 生態(tài)，目前其算力生態(tài)布局囊括了耐能、寒武紀(jì)、深鑒，翱捷科技則是提供多制式通訊標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品，配合 Barefoot Networks 在服務(wù)器關(guān)鍵交換組件的耕耘，未來(lái)阿里巴巴在云服務(wù)可擁有最高的架構(gòu)自主能力。

騰訊雖投資了 Barefoot Networks 與比特大陸，但比較偏向財(cái)務(wù)投資，而非基于架構(gòu)自主的需求，百度在新創(chuàng)芯片設(shè)計(jì)方面僅投資了 Lightelligence 這家基于光學(xué)原理設(shè)計(jì)的光子計(jì)算芯片。

光子芯片基本上還是以目前的 CMOS 制造工藝為基礎(chǔ)，相對(duì)于量子計(jì)算使用的特殊工藝，在成本或量產(chǎn)技術(shù)方面都要更有優(yōu)勢(shì)，雖然目前實(shí)驗(yàn)室中的光子芯片在密度上還比不過(guò)傳統(tǒng)半導(dǎo)體芯片，但已經(jīng)比量子芯片好很多了。

而光子芯片的效能取決于架構(gòu)和算法，比如說(shuō)同時(shí)使用多少路不同波長(zhǎng)的光來(lái)進(jìn)行組合，或者是在芯片中使用的光學(xué)信號(hào)的帶寬，以及光電轉(zhuǎn)換時(shí)的瓶頸，但是單從光的物理特性上來(lái)看，我們要做到傳統(tǒng)半導(dǎo)體技術(shù)的百倍是不會(huì)有太大的問(wèn)題的。

理論上光子芯片可以做到規(guī)模很大，也可以做到很小，因?yàn)楣獾牟ㄩL(zhǎng)限制，芯片尺寸還是會(huì)有一定的規(guī)范，加上算法的限制，要取代半導(dǎo)體芯片還是有很大的難度。另外，光子計(jì)算并不會(huì)針對(duì)通用優(yōu)化，會(huì)以數(shù)據(jù)處理能力為發(fā)展基調(diào)，要實(shí)際投入量產(chǎn)使用仍需要不短的時(shí)間來(lái)補(bǔ)齊周邊與軟件生態(tài)。

但百度雖以外來(lái)芯片為主要的供應(yīng)源，為了分散風(fēng)險(xiǎn)，也與華為、紫光展銳進(jìn)行策略合作。

那中國(guó)缺的是什么？

中國(guó)在算力核心、主控方面的相關(guān)設(shè)計(jì)、制造一直都相當(dāng)活躍，過(guò)去不但曾在手機(jī)芯片市場(chǎng)占據(jù)半邊天，在平板方案上更是幾乎囊括幾乎全部市場(chǎng)。而如今在 AI 芯片的設(shè)計(jì)與生態(tài)經(jīng)營(yíng)方面，更是站在全球的先鋒。

雖然 AI 芯片主要還是以深度學(xué)習(xí)等計(jì)算特化的設(shè)計(jì)方向?yàn)橹鳎孕枰话阃ㄓ糜?jì)算架構(gòu)搭配，但隨著在華成立合資公司，以及 Imagination 被中資收購(gòu)，加上各種自研發(fā)展的芯片 IP，其實(shí)中國(guó)也不擔(dān)心一般通用核心 IP 供應(yīng)的短缺。

問(wèn)題在于，過(guò)去中國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的布局一般都沒(méi)有太長(zhǎng)遠(yuǎn)的規(guī)劃，而且講求速效，很難有跨度較長(zhǎng)的計(jì)劃，加上行業(yè)太過(guò)容易一窩蜂。比如說(shuō)數(shù)年前手機(jī)、平板芯片企業(yè)的盛況亦不遜于現(xiàn)在 AI 生態(tài)的蓬勃發(fā)展，但能留存下來(lái)的廠商僅是少數(shù)中的少數(shù)。

而且，大家都爭(zhēng)著發(fā)展最能爭(zhēng)奪眼光的熱點(diǎn)產(chǎn)品，反而一些非?；镜漠a(chǎn)品，如 ADC/DAC、LNA 及 SerDes 等外圍器件都沒(méi)有太多著墨，而即便是在 5G，大廠也是爭(zhēng)著做最被注目的專(zhuān)利以及主控部分，PA 這種外圍器件也都是想著能用外來(lái)的就用外來(lái)的，一來(lái)關(guān)鍵材料與技術(shù)專(zhuān)利較難突破，二來(lái)利潤(rùn)較薄，而且做得好也很難吸引到投資人的眼光，以致于供應(yīng)鏈對(duì)于此類(lèi)料件的自研興趣缺乏。

而所謂中國(guó)芯的相關(guān)企業(yè)，很多都把生態(tài)的經(jīng)營(yíng)，或者是市場(chǎng)的目標(biāo)都擺在中國(guó)本土，中國(guó)的確是很大的市場(chǎng)，但以手機(jī)市場(chǎng)為例，目前主要的手機(jī)廠商已經(jīng)把海外市場(chǎng)當(dāng)作進(jìn)一步成長(zhǎng)的關(guān)鍵，現(xiàn)在的芯片產(chǎn)業(yè)是否也應(yīng)直接以全球市場(chǎng)進(jìn)行布局，而非僅固守在相對(duì)小范圍的封閉生態(tài)？

對(duì)相關(guān)企業(yè)而言，若一開(kāi)始就把市場(chǎng)目標(biāo)擺在全球，對(duì)往后產(chǎn)業(yè)與技術(shù)的經(jīng)營(yíng)態(tài)度與格局自然也能拉到更高的層次。