國產AI芯片進展幾何？國產AI芯片之爭才剛剛開始

近日，芯片巨頭AMD推出全新AI GPU MI300系列芯片，與英偉達在AI 算力市場展開競爭。

AMD首席執(zhí)行官蘇姿豐介紹稱，MI300X提供的高帶寬內存（HBM）密度是英偉達H100的2.4倍，HBM帶寬是競品的1.6倍。華爾街分析師也普遍認為，AMD的這款芯片將對目前掌握AI芯片市場逾八成份額的英偉達構成有力挑戰(zhàn)，這款MI300X加速器，有望替代英偉達的同類產品。

然而，市場對本次新品的反響似乎并不熱烈。截至隔夜收盤，AMD股價下跌超3.6%，被挑戰(zhàn)的英偉達不跌反漲，股價單日大漲3.90%。

至于當日AMD股價下跌的原因，可能包括英偉達在AI發(fā)展方面更為成熟，而AMD公司的新品仍有待市場驗證。此外，其客戶更關心的是價格問題。作為參考，由于供需緊張，英偉達H100的價格已經達到4萬美元/枚，而AMD沒有披露MI300X的定價，難以與英偉達H100形成對比。

01 躥紅的英偉達

2022年ChatGPT橫空出世，把AI 行業(yè)的發(fā)展推向了一個新的高潮，生成式 AI 需要基于海量的數(shù)據(jù)進行推理訓練，高算力的 GPU 加速卡自然也成了市場的搶手貨。乘著AI的東風，英偉達坐上了“算力霸主”的寶座。

據(jù)悉，微軟用幾億美元，耗費上萬張英偉達A100芯片打造超算平臺，只為給ChatGPT和新版必應提供更好的算力。不僅如此，微軟還在Azure的60多個數(shù)據(jù)中心部署了幾十萬張GPU，用于ChatGPT的推理。特斯拉CEO馬斯克也購買了約1萬個GPU，用于公司的兩個數(shù)據(jù)中心之一。除此之外，像亞馬遜、阿里、百度等眾多科技公司都在競相部署AI芯片。

供需的極度不平衡讓英偉達的GPU一芯難求，開啟漲價。據(jù)市場消息人士透露，英偉達的A100和H100 AI GPU訂單還在不斷增加，A800和H800的售價已上漲40%，新訂單交期可能要延長到12月份。

在炙手可熱的AI浪潮下，英偉達賺得盆滿缽滿。英偉達表示，其截至 7 月的本季度銷售額預計將達 110 億美元，較華爾街之前的估計高出 50%以上。不過，作為AI的基礎設施，算力芯片環(huán)節(jié)的“一家獨大”顯然不是有利于行業(yè)長遠發(fā)展的生態(tài)，市場迫切需要引入新的競爭者，AMD的出現(xiàn)或許有望“分擔”AI市場的壓力。

與此同時，中國本土AI應用和AI芯片初創(chuàng)公司也隨著AI的熱潮和風投的關注而遍地開花。那么，中國的AI芯片研究進展如何了？哪些公司可以脫穎而出？

02 國產AI芯片進展幾何？

中國主要的AI芯片公司有寒武紀、華為昇騰、海光信息、沐曦科技、壁仞科技、燧原科技、天數(shù)智芯等，隨著AI應用的普及和成效開始凸顯，國產AI芯片正迎來全面爆發(fā)和增長，多家AI芯片獨角獸也將慢慢浮出水面。

寒武紀

在云端產品線，寒武紀已經推出了四代芯片產品，分別為：思元100、思元270、思元290（車載）以及思元370系列，用以支撐在云計算和數(shù)據(jù)中心場景下復雜度和數(shù)據(jù)吞吐量高速增長的人工智能處理任務。此外，寒武紀還有一款在研產品思元590，尚未正式發(fā)布，并且最有看頭的便是寒武紀的思元590。

該芯片采用MLUarch05全新架構，實測訓練性能較在售旗艦產品思元290系列有大幅提升，有望成為國產先進AI算力芯片。據(jù)悉，思元590整體算力綜合性能大約是A100的70%，其有望在部分場景替代英偉達A100。

不過，思元590的指令兼容性相對較差，后續(xù)可能影響部署。值得注意的是，其下一代產品的性能指標大約是A100的1.5倍，但同樣面臨軟件生態(tài)影響，以及供應鏈問題。

華為昇騰

華為昇騰主要包括昇騰910和昇騰310兩款處理器，采用自家的達芬奇架構。昇騰310主打面向邊緣場景的低功耗AI處理器，昇騰910是一款面向云端和數(shù)據(jù)中心的高性能AI處理器，可以支持超大規(guī)模的AI訓練任務，表現(xiàn)十分優(yōu)秀。

據(jù)華為發(fā)布的信息，實際測試結果表明，在算力方面，昇騰910完全達到了設計規(guī)格，即：半精度 (FP16）算力達到256 Tera-FLOPS，整數(shù)精度 (INT8) 算力達到512 Tera-OPS，重要的是，達到規(guī)格算力所需功耗僅310W，明顯低于設計規(guī)格的350W。

據(jù)悉，在實際應用過程中，昇騰910的處理速度比業(yè)界同類產品快80%以上。徐直軍表示，昇騰910 總體技術表現(xiàn)超出預期，作為算力最強AI處理器，當之無愧。

不過昇騰910也有著很大的局限性。昇騰910依賴華為自身軟件生態(tài)、需要華為深度優(yōu)化及代碼移植，通用性相對要差一些，比如昇騰不能做GPT-3，因為昇騰910不支持32位浮點，而目前大模型訓練幾乎都要使用32位的浮點。

沐曦科技

沐曦公司旗下主要有曦思和曦云兩款AI芯片，其中曦云MXC系列是該公司研發(fā)的用于AI訓練及通用計算的GPU芯片。

MXC500是沐曦對標A100/A800的算力芯片，F(xiàn)P32浮點性能可達15TFlops，作為對比的是A100顯卡FP32 性能19.5 TFLOPS。除了性能接近之外，MXC500的完整軟件棧（MXMACA）還兼容CUDA，預計年底規(guī)模出貨。

此外，沐曦的團隊背景經驗十分豐富，其一些核心人員曾參與AMD的MI100、MI200產品開發(fā)，這都是AMD目前最主流的GPGPU產品。

海光信息

海光信息是一個潛力股，拿海光DCU（協(xié)處理器）系列深算一號和英偉達的A100、AMD的MI100來對比，其很多基本指標上都達到國際同類高端產品的水平，雖然在整體性能上依然有明顯差距，但在國產替代的背景下其實已經相當優(yōu)秀，發(fā)展?jié)摿薮蟆?/p>

不過，海光信息若要使用新一代GPGPU架構還需要AMD授權，存在迭代問題。

壁仞科技

壁仞的BR100 發(fā)布時，憑借其超高的參數(shù)與性能引起了強烈的轟動。

參數(shù)方面，BR100系列基于7nm制程工藝打造，擁有770億個晶體管。由壁仞科技自主原創(chuàng)的芯片架構開發(fā)，采用Chiplet（芯粒）、2.5D CoWoS等先進的設計、制造與封裝技術，可搭配64GB HBM 2E顯存，超300MB片上緩存，支持PCIe 5.0、CXL互聯(lián)協(xié)議等。

性能是BR100最具亮點的地方，擁有1024 TOPS INT8，512 TFLOPS BF16、256 TFLOPS TF32+、128 TFLOPS FP32，可實現(xiàn)2.3TB/s的外部I/O帶寬，支持64路編碼、512路解碼等，號稱在FP32（單精度浮點）、INT8（整數(shù)，常用于人工智能推理）等維度，均超越了國際廠商最新旗艦。

BR100 系列通用 GPU 芯片支持云端訓練和推理，目前已經到了收尾階段，預計將在今年流片。壁仞科技的第二款芯片已經開始啟動架構設計，之后壁仞科技還將逐步推出面向智算中心、云游戲、邊緣計算的GPU芯片。

不過，BR100還未有產品出來，其參數(shù)至今停留在實驗室階段，屆時商用實測性能難以衡量。

阿里平頭哥

阿里的AI芯片，與GPU架構有著很大的不同，因為他們做的完全是基于AI算法優(yōu)化的架構。

阿里曾表示，含光800是當時全球最強的AI芯片，性能和能效比均為第一，1顆含光800的算力相當于10顆GPU。

含光800芯片在業(yè)界標準的ResNet-50測試中，推理性能達到78563 IPS，比目前業(yè)界最好的AI芯片性能高4倍；能效比500 IPS/W，是第二名的3.3倍。

在業(yè)界，平頭哥發(fā)布的這款芯片也很被看好。

燧原科技

燧原科技，是少有的云端AI芯片創(chuàng)業(yè)公司，其完成對AI 訓練芯片的二次迭代，僅用了三年時間，主要產品是“邃思”。

據(jù)介紹，燧原科技發(fā)布的邃思2.0的尺寸達到57.5毫米×57.5毫米（面積為3306mm2），達到了日月光2.5D封裝的極限，與上代產品一樣采用格羅方德12nm FinFET工藝，內部共整合9顆芯片，單精度FP32算力為40TFLOPS，單精度張量TF32算力為160TFLOPS，整數(shù)精度INT8算力為320TOPS。相比之下，英偉達基于Ampere架構的A100 GPU的單精度浮點計算能力僅為19.5TFLOPS。

昆侖芯

百度昆侖芯片是百度自主研發(fā)的云端AI通用芯片。在2018年7月舉辦的百度AI開發(fā)者大會上，百度公司董事長兼CEO李彥宏正式宣布，百度自研AI 芯片命名為昆侖。百度昆侖1于2019 年成功流片，采用三星14nm制程工藝，目前量產超過2萬片，在百度搜索引擎和百度智能云生態(tài)伙伴等場景廣泛部署。百度昆侖2于2021年下半年實現(xiàn)量產，采用7nm先進工藝，其性能比百度昆侖1再提升3倍。據(jù)悉，百度正計劃在年底做第三款昆侖芯片。

天數(shù)智芯

天數(shù)智芯主要包括天垓100和智鎧100兩款AI芯片，天垓100是一款基于 GPGPU 架構芯片的高性能云端通用并行計算卡，據(jù)介紹，天垓100從底層硬件到上層軟件都是獨立設計開發(fā)，不走購買國外GPU IP的捷徑，確保了完全自主知識產權。隨后天數(shù)智芯又發(fā)布了其第二款產品“智鎧100”，這款芯片被譽為“鎮(zhèn)館之寶”，吸引了眾多行業(yè)用戶的關注。

天數(shù)智芯GPGPU計算芯片主要針對云端AI訓練+推理和云端通用計算，是國內難得的兼容CUDA等異構計算生態(tài)的數(shù)據(jù)中心高端計算芯片。

03 只靠算力，無法做英偉達的PlanB

英偉達的強不只是體現(xiàn)在硬件產品上，在軟件平臺中，英偉達也有自己的護城河。

CUDA就是英偉達推出的基于GPU的并行計算平臺和編程模型，可以用來加速大規(guī)模數(shù)據(jù)并行計算，使得GPU可以用于更加廣泛的科學計算和工程計算等領域。CUDA的良好生態(tài)系統(tǒng)吸引了眾多學術機構和高性能計算中心的關注和使用，也為英偉達提供了強有力的市場競爭優(yōu)勢?，F(xiàn)在AMD也在做同樣的事情，只是英偉達已經占了先發(fā)優(yōu)勢，AMD搭建起來可能會更為艱難。

CUDA的重要性不言而喻，但是提供CUDA兼容層，需要廠商具備足夠的研發(fā)實力，上文提到的與CUDA兼容的有沐曦、海光、壁仞、天數(shù)智芯等公司，因此是否兼容CUDA也成為衡量AI芯片公司的標的之一。

至于是否一定要兼容CUDA，業(yè)界有著不同見解。專家稱，在小模型上CUDA仍然很重要，但在大模型上它的地位越來越輕了。如果未來中國市場以小模型為主，那CUDA還是有很大的影響力，而如果是以大模型為主，對于CUDA的依賴就越來越小了。

總而言之，重視軟件配適開發(fā)至關重要。

對于建立國產IT系統(tǒng)的行動建議包括：設置合理國產系統(tǒng)及芯片性能要求和驗證目的，從非關鍵應用開始嘗試導入部分***；加強軟件配適開發(fā)，確保軟件對不同系統(tǒng)的兼容性、穩(wěn)定性和運營性能；建立加強對國內基礎IT軟硬件廠商的投資，確保廠商對產品開發(fā)計劃的影響力；優(yōu)先考慮國內供應鏈和成熟平臺，積極采用半導體創(chuàng)新技術。

04 未來與英偉達的差距定然會逐步縮小

目前芯片已經成為半導體行業(yè)中最具有發(fā)展?jié)摿Φ念I域之一，AI芯片作為推動芯片行業(yè)發(fā)展的核心市場，其行業(yè)價值無法估計，隨著AI芯片技術的逐漸成熟，其應用場景逐步滲透到各類智能終端領域中，在我國科技發(fā)展中占據(jù)越來越重要的地位。

根據(jù)Gartner的數(shù)據(jù)，在目前全球半導體產業(yè)中，中國GPU的全球市場占比規(guī)模僅1%。2022年，在全球6000億美元的半導體采購中，中國企業(yè)的芯片采購規(guī)模達到1490億美元，占到四分之一；跨國企業(yè)的中國工廠芯片采購規(guī)模達到2130億美元，占比35%。

中國的芯片產業(yè)還有著巨大的發(fā)展?jié)摿?。未來，中國芯片產業(yè)將繼續(xù)加大投資，國內企業(yè)與英偉達的距離也一定會逐步縮小。

審核編輯：劉清