AI芯大PK:三星首款A(yù)I芯片NPU，性能或超華為蘋果

作為AI芯片后入者的三星正提著大刀趕來：據(jù)外媒爆料，三星已經(jīng)接近完成一款A(yù)I芯片的研發(fā)，其性能已經(jīng)堪比蘋果的A11和華為麒麟970，三星極有可能在2月25日舉行的MWC 2018大會(huì)上發(fā)布Galaxy S9的同時(shí)，展示其新AI技術(shù)的能力。

據(jù)《韓國先驅(qū)報(bào)》網(wǎng)站報(bào)道，三星電子已經(jīng)基本完成第一款神經(jīng)處理單元（NPU）的開發(fā)工作，準(zhǔn)備在今年晚些時(shí)候部署到設(shè)備上。NPU被廣泛稱為AI芯片，據(jù)稱三星將在即將發(fā)布的智能手機(jī)上搭載這款芯片，此舉有助于其手機(jī)趕超競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。

“據(jù)三星內(nèi)部人士爆料，三星已經(jīng)基本完成了服務(wù)器AI芯片的開發(fā)工作，預(yù)計(jì)該芯片將出售給服務(wù)器廠商?！币幻鸄I專家告訴《韓國先驅(qū)報(bào)》。

除了CPU、GPU等之外，智能手機(jī)上再加上NPU的話，手機(jī)本身就可以在沒有云服務(wù)器幫助的情況下處理、分析和存儲(chǔ)智能手機(jī)上產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。NPU被廣泛認(rèn)為是智能手機(jī)的大腦。

目前，三星在這個(gè)領(lǐng)域落后于蘋果和華為這兩個(gè)最大的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，后兩者都已經(jīng)推出了移動(dòng)端的AI芯片。蘋果公司去年發(fā)布了iPhone X，使用NPU實(shí)現(xiàn)臉部識(shí)別和動(dòng)畫表情符號(hào)等人們熟知的功能。緊接著，華為推出了一款能夠隨時(shí)間學(xué)習(xí)用戶習(xí)慣的NPU，部署在Mate 10 Pro手機(jī)上。

盡管三星對(duì)于這個(gè)市場(chǎng)是后來者，但那位“AI專家”對(duì)韓國先驅(qū)報(bào)稱，“三星已經(jīng)達(dá)到蘋果和華為的技術(shù)水平，而且在今年下半年肯定會(huì)推出更好的芯片?！睋?jù)報(bào)道，三星的芯片每秒運(yùn)行的速度超過了蘋果的A11和華為的麒麟970。

此外，同一消息人士透露，三星可能將在2月25日舉行的MWC 2018大會(huì)上發(fā)布Galaxy S9的同時(shí)，展示其新AI技術(shù)的能力。

據(jù)稱三星在人工智能相關(guān)項(xiàng)目上投入了大量資金，并與韓國各大學(xué)的教授和研究人員合作，以制造出相比競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手更安全、更高效的芯片。

該消息人士透露，三星還正在為Galaxy Note 9智能手機(jī)開發(fā)一款增強(qiáng)的NPU，該款手機(jī)預(yù)計(jì)在今年9月份發(fā)布。就像之前的Galaxy Note 7和Note 8一樣，Note 9可能成為三星的一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)。

AI手機(jī)進(jìn)入戰(zhàn)國時(shí)代，芯片研發(fā)馬太效應(yīng)漸顯

正如上文所說，三星的這款A(yù)I芯片，主要的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手是蘋果和華為。目前，蘋果的iPhoneX和華為的Mate10（Pro）、V10等系列手機(jī)均已經(jīng)使用人工智能芯片，成為AI手機(jī)的領(lǐng)導(dǎo)者。

iPhone X中的“A11生物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)引擎”（A11 bionic neural engine）芯片，每秒運(yùn)算次數(shù)最高可達(dá)6000億次，相當(dāng)于0.6TFlops（寒武紀(jì)NPU則是1.92TFlops，每秒可以進(jìn)行19200次浮點(diǎn)運(yùn)算），采用了六核心設(shè)計(jì)，由2個(gè)高性能核心與4個(gè)高能效核心組成。相比A10，其中兩個(gè)性能核心的速度提升了25%，四個(gè)能效核心的速度提升了70%。工藝方面，A11采用了臺(tái)積電10nm FinFET工藝，集成了43億個(gè)晶體管。

A11能幫助加速人工智能任務(wù)，包括Face ID，Animoji和AR應(yīng)用程序。A11同時(shí)支持Core ML，這是蘋果在WWDC開發(fā)者大會(huì)上推出的一款新型機(jī)器學(xué)習(xí)框架。Core ML支持所有主要的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，如DNN、RNN、CNN等，開發(fā)者可以把訓(xùn)練完成的機(jī)器學(xué)習(xí)模型封裝進(jìn)App之中。

華為麒麟970芯片，首次采用臺(tái)積電10nm工藝，集成55億個(gè)晶體管（驍龍835是31億顆，蘋果A10是33億顆），功耗降低20%。采用4個(gè)Cortex A73 核心，4個(gè)Cortex A53 核心，GPU為具有12個(gè)核心的 Mali-G72 MP12，每秒處理速度可達(dá)萬億次。麒麟970芯片內(nèi)置全新升級(jí)自研相機(jī)雙ISP，支持人工智能場(chǎng)景識(shí)別、人臉追焦、智能運(yùn)動(dòng)場(chǎng)景檢測(cè)，同時(shí)夜拍效果再次升級(jí)。基帶方面，麒麟970采用了更先進(jìn)的4.5G LTE技術(shù)，支持全球最高是LTE Cat.18規(guī)格，實(shí)現(xiàn)目前業(yè)界最高的1.2Gbps峰值下載速率。同時(shí)內(nèi)建TEE和inSE安全引擎，擁有更高的安全性。

不過，三星、蘋果、華為“三國殺”的局面不會(huì)持續(xù)很久。

由于智能手機(jī)的競(jìng)爭(zhēng)進(jìn)入到嚴(yán)重的同質(zhì)化階段，跟全面屏一樣，人工智能芯片將會(huì)是手機(jī)廠商下一個(gè)“標(biāo)配”的重點(diǎn)。除了三星、蘋果、華為三巨頭，還有很多廠商涌入智能手機(jī)和AI芯片的競(jìng)爭(zhēng)，例如最近傳聞將于2018年下半年上市的小米——2017年2月，小米自主研發(fā)的手機(jī)芯片澎湃S1問世，成為國產(chǎn)手機(jī)中第二家擁有自主研發(fā)芯片能力的手機(jī)廠商。

人工智能芯片對(duì)手機(jī)性能提升、人機(jī)交互等功能上有巨大的想象空間，AI手機(jī)特別是高端旗艦AI手機(jī)的研發(fā)能力是能夠拉開與對(duì)手差距的重要一步，手機(jī)市場(chǎng)格局也會(huì)隨著研發(fā)能力逐漸分化，強(qiáng)者更強(qiáng)，弱者更弱的馬太效應(yīng)將逐漸凸顯。

移動(dòng)端AI芯片，誰能笑到最后？

由于GPU存在功耗瓶頸，同時(shí)用戶越來越關(guān)心個(gè)人隱私安全與時(shí)效性，終端智能芯片的發(fā)展順應(yīng)時(shí)代所需。

終端的智能芯片則需要同時(shí)具備高性能與低功耗的特征。此外，終端也涵蓋了不同的應(yīng)用場(chǎng)景，都需要針對(duì)具體需求，在功耗、延遲、數(shù)據(jù)吞吐量、加速器方案的選擇上做出調(diào)整和優(yōu)化。

新智元對(duì)部分移動(dòng)端能夠支撐AI功能的芯片做了梳理：

谷歌：Pixel VisualCore

2017年10月，Google在其官方博客上公開了Pixel2中使用的一顆專用圖像處理協(xié)處理器——Pixel VisualCore。這是Google在用于服務(wù)器的TPU之后推出的第二顆芯片，這次針對(duì)的是移動(dòng)端。Pixel VisualCore由Google與Intel合作設(shè)計(jì)開發(fā)，主要用于圖像處理和機(jī)器學(xué)習(xí)。這塊芯片由8個(gè)IPU（每個(gè)包含512個(gè)ALU）+1個(gè)Cortex-A53核心組成，最大可提供3TFLOPS浮點(diǎn)運(yùn)算能力。

高通：驍龍845處理器

說到手機(jī)芯片，怎能不提高通。高通在2017年12月初正式發(fā)布了驍龍845移動(dòng)平臺(tái)。驍龍845處理器采用10納米LPP制程工藝，其中GPU采用Adreno 630，X20 LTE調(diào)制解調(diào)器、WiFi、影像方面使用Spectra 280ISP，以及Hexagon 685DSP協(xié)處理器、音質(zhì)方面使用高通Aqstic Audio、CPU采用四個(gè)2.8GHz大核+四個(gè)1.8GHz小核+2MB緩存的Kryo 385 CPU、移動(dòng)安全芯片，另在845中新增了一塊獨(dú)立內(nèi)存。AI方面，驍龍845主要通過Kryo 385定制架構(gòu)、Adreno 630、Hexagon 685在終端異步運(yùn)算數(shù)據(jù)。相比835，驍龍845在AI上的計(jì)算能力是835的三倍，目前已經(jīng)可以支持S845GoogleTensorFlow、Facebook Caffe以及Open NeuralNetwork Exchange在內(nèi)的多款主流深度學(xué)習(xí)框架。

Movidius VPU Myriad2

2016年9月，Intel發(fā)表聲明收購了Movidius。Movidius專注于研發(fā)高性能視覺處理芯片?，F(xiàn)任CEO是原來德州儀器OMAP部門的總經(jīng)理，它的技術(shù)指導(dǎo)委員會(huì)也是實(shí)力強(qiáng)大，擁有半導(dǎo)體和處理器行業(yè)的元老級(jí)人物——被蘋果收購的 P.A.Semi 創(chuàng)始人丹尼爾·多伯普爾（Daniel Dobberpuhl），卡內(nèi)基梅隆大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)/計(jì)算機(jī)視覺專家金出武雄，以及前蘋果 iPhone 和 iPod 部門工程副總裁、資深工程師大衛(wèi)·圖普曼（David Tupman）三人坐鎮(zhèn)。

其最新一代的Myriad2視覺處理器主要由SPARC處理器作為主控制器，加上專門的DSP處理器和硬件加速電路來處理專門的視覺和圖像信號(hào)。這是一款以DSP架構(gòu)為基礎(chǔ)的視覺處理器，在視覺相關(guān)的應(yīng)用領(lǐng)域有極高的能耗比，可以將視覺計(jì)算普及到幾乎所有的嵌入式系統(tǒng)中。該芯片已被大量應(yīng)用在Google 3D項(xiàng)目Tango手機(jī)、大疆無人機(jī)、FLIR智能紅外攝像機(jī)、海康深眸系列攝像機(jī)、華睿智能工業(yè)相機(jī)等產(chǎn)品中。

寒武紀(jì) 1H8和1H16

寒武紀(jì)于2016年發(fā)布了全球首款商用深度學(xué)習(xí)專用處理器IP——寒武紀(jì)1A處理器。寒武紀(jì)1A的橫空出世打破了多項(xiàng)記錄，受到了業(yè)界廣泛關(guān)注，入選了第三屆世界互聯(lián)網(wǎng)大會(huì)評(píng)選的十五項(xiàng)“世界互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)先科技成果”。2017年11月，在公司首次發(fā)布會(huì)上，CEO陳天石介紹了三款全新的智能處理器IP產(chǎn)品，其中就包括面向低功耗場(chǎng)景視覺應(yīng)用的寒武紀(jì)1H8、擁有更廣泛通用性和更高性能的寒武紀(jì)1H16。

陳天石介紹說，與寒武紀(jì)1A相比，新品在功耗、能效比、成本開銷等方面進(jìn)行了優(yōu)化，性能功耗比再次實(shí)現(xiàn)飛躍，適用范圍覆蓋了圖像識(shí)別、安防監(jiān)控、智能駕駛、無人機(jī)、語音識(shí)別、自然語言處理等各個(gè)重點(diǎn)應(yīng)用領(lǐng)域。

地平線旭日和征程

2017年12月20日，地平線在北京舉行發(fā)布會(huì)，推出的征程（Journey）和旭日（Sunrise）兩款面向計(jì)算機(jī)視覺的處理器，分別用于無人駕駛和智能攝像頭。旭日和征程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。地平線首席芯片架構(gòu)師周峰對(duì)新智元介紹，這兩款芯片，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。

深鑒聽濤

2017年10月24日，深鑒科技召開發(fā)布會(huì)，正式對(duì)外宣布完成約4000萬美元A+輪融資，由螞蟻金服與三星風(fēng)投領(lǐng)投。CEO姚頌還公布了一系列芯片計(jì)劃，由深鑒自主研發(fā)的芯片“聽濤”、“觀海”將于2018年第三季度面市。

其中，“聽濤”將于2018年上半年完成產(chǎn)品裝載，該系列芯片采用臺(tái)積電28納米制程，核心使用深鑒自己的亞里士多德架構(gòu)，峰值性能1.1瓦 4.1 TOPS。亞里士多德架構(gòu)針對(duì)卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)而設(shè)計(jì)。目前，卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)一般用來處理圖像相關(guān)的智能問題，而此架構(gòu)靈活與可擴(kuò)展的特性使它可被應(yīng)用于各種不同規(guī)格的終端中。

異構(gòu)智能：NovuTensor

在今年 CES 上，NovuMind（中文名稱“異構(gòu)智能”）向業(yè)界首次展示其自主研發(fā)的第一款高性能、低功耗的 AI 芯片 NovuTensor，號(hào)稱可能是除了 TPU 之外，世界上跑得最快的單芯片。

NovuMind 方面表示，這是截至目前世界上唯一能夠?qū)嶋H運(yùn)行的、性能達(dá)到主流 GPU/TPU 水平而性能/功耗比卻遠(yuǎn)超主流 GPU/TPU 的芯片——在功耗 12w 的情況下，NovuTensor 每秒可識(shí)別 300 張圖像，每張圖像上，最多可檢測(cè) 8192 個(gè)目標(biāo)，相比目前最先進(jìn)的桌面服務(wù)器 GPU（250W，每秒可識(shí)別 666 張圖像），僅使用 1/20 電力即可達(dá)到其性能的 1/2；而相比目前最先進(jìn)的移動(dòng)端或嵌入式芯片，相同用電的情況下，性能是其三倍以上。據(jù)了解，本次 CES 展示的僅僅是 FPGA 版本，等正在流片的 ASIC 芯片正式出廠，性能將提高 4 倍，耗電將減少一半，耗能不超過 5 瓦、可進(jìn)行 15 萬億次運(yùn)算的超高性能。

GTI光矛處理器

成立于2017年初的Gyrfalcon Technology Inc.（簡(jiǎn)稱GTI）近期以“光矛處理器 Lightspeeur 2801S”引發(fā)業(yè)內(nèi)關(guān)注，這也是一家由中國芯片老兵創(chuàng)立的公司，總部位于美國硅谷。其芯片方案基于APiM架構(gòu)，有28000個(gè)并行神經(jīng)計(jì)算核，真正支持片上并行與原位計(jì)算，不需要使用外部存儲(chǔ)單元，克服了由存儲(chǔ)器帶寬而導(dǎo)致的性能瓶頸，在效率能耗比方面表現(xiàn)卓越，達(dá)到9.3Tops/Watt，無論在訓(xùn)練模式還是推理模式下均可提供高密度計(jì)算性能。

在今年的CES上，GTI推出了內(nèi)置Lightspeeur 2801S芯片的Laceli 人工智能計(jì)算棒，可以在1瓦的功率下提供超過每秒9.3萬億次浮點(diǎn)運(yùn)算的性能，超越英特爾Movidius的神經(jīng)計(jì)算棒，后者每瓦功率范圍的運(yùn)算力則是0.1萬億次。Laceli 人工智能計(jì)算棒可以在多種深度學(xué)習(xí)場(chǎng)景中應(yīng)用，包括圖像和視頻識(shí)別、理解及描述, 自然語言理解、自然語言處理等。