人工智能芯片技術(shù)發(fā)展問題研究

何金峰

摘 要：人工智能芯片已經(jīng)開始逐步走進我們的生產(chǎn)生活中，在方方面面都展示出巨大的發(fā)展?jié)摿?，超越人的想象。雖然中國在近代科技發(fā)展的浪潮中落在了后面，但是隨著我國對科學(xué)技術(shù)的重視，科技人才的培育和科研經(jīng)費的投入，科技的進步又提供了彎道超車的時機，以華為公司為代表的我國新型高科技企業(yè)在科技發(fā)展浪潮中不斷發(fā)展，很多技術(shù)已經(jīng)走到了世界的前沿。具有自主知識產(chǎn)權(quán)的人工智能芯片將為國家科技強國、信息化強國提供強大的技術(shù)基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：人工智能;芯片技術(shù);智能算法

一、概述

芯片的本質(zhì)是集成電路，主要制作工藝是將這種集成電路制造在半導(dǎo)體晶圓上，當前集成電路已經(jīng)發(fā)展到極大規(guī)模型，在每mm2 可以達到一百萬個晶體管的數(shù)量級。而所謂人工智能芯片，是指那些對人工智能算法具有高效運算能力，且耗能相對較低的專用芯片。人工智能芯片具有的這種復(fù)雜算法處理能力主要取決于其內(nèi)部的特定結(jié)構(gòu)設(shè)計和簡單的指令集，如類腦芯片就是一種當下流行的智能芯片，通過智能芯片的應(yīng)用進一步促進人工智能技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展。普通芯片基于已有的程序?qū)斎霐?shù)據(jù)進行處理，然后再將運算結(jié)果進行輸出，也就是說這個過程需要程序員提前按照指令體系進行編程。

二、人工智能芯片的分類

人工智能芯片的分類角度很多，但一般都是從芯片技術(shù)架構(gòu)、功能和應(yīng)用領(lǐng)域等角度進行劃分，通常從人工智能芯片的技術(shù)架構(gòu)角度將其劃分為通用性人工智能芯片（GPU）、半定制化人工智能芯片（FPGA）、全定制化人工智能芯片（ASIC）和類腦人工智能芯片?；谕ㄓ眯缘娜斯ぶ悄苄酒枰cCPU 相互協(xié)調(diào)才能工作，主要依賴于GPU 強大的數(shù)據(jù)處理能力和并行計算功能?；诎攵ㄖ苹娜斯ぶ悄苄酒峭ㄟ^異構(gòu)的形式實現(xiàn)規(guī)模數(shù)據(jù)處理，且由于功耗低而具有一定的吸引能力。基于全定制化的人工智能芯片在高性能計算和低功耗領(lǐng)域具有十分明顯的優(yōu)勢，同時構(gòu)建的系統(tǒng)可靠性高?；陬惸X的人工智能芯片通過全新的架構(gòu)設(shè)計，來模仿人類大腦實現(xiàn)對外界的感知和思考，是最具發(fā)展?jié)摿Φ娜斯ぶ悄苄酒?/p>

當前市場上的人工智能芯片主要有Intel 公司的Nervana、微軟公司的DPU、Google 公司的TPU、NVidia 公司的GPU、IBM 公司的TreueNorth 和BrainWave、百度公司的XPU、Xilinx 公司的xDNN、寒武紀芯片、地平線以及深鑒科技的人工智能芯片等。從技術(shù)架構(gòu)角度看，這些人工智能芯片基本上都是基于GPU、FPGA、基于類腦的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)芯片。

寒武紀的MLU100。作為我國第一款云端人工智能芯片，MLU100 完全由中國自主研發(fā)，主要面向人工智能領(lǐng)域的應(yīng)用。這款云端人工智能芯片是基于MLUv01 架構(gòu)和TSMC16nm 工藝設(shè)計集成的，且具有兩種工作模式，分別為平衡模式和高性能模式。在平衡模式下，MLU100 的理論運算速度可以達到128 萬億次/秒定點運算，如果工作在高性能模式下，MLU100 的理論運算速度可以達到166.4 萬億次/ 秒定點運算，同時其實際的功耗僅為80 瓦?？梢姡琈LU100 是一款典型的高性能、低功耗人工智能芯片。作為寒武紀的產(chǎn)業(yè)鏈“伙伴”，聯(lián)想集團、中科曙光、科大訊飛等也同臺發(fā)布了基于寒武紀芯片的應(yīng)用產(chǎn)品。

英偉達的DRIVE PX 2。DRIVE PX 2 是人工智能領(lǐng)域的佼佼者英偉達公司推人工智能的芯片，這是一款專門為汽車的自動駕駛系統(tǒng)研發(fā)的人工智能芯片。DRIVE PX 2 可以實時了解車輛周圍的狀況，可在高清地圖上準確的定位車輛，并且計劃一條安全的行駛路徑。這是業(yè)界超級領(lǐng)先的自動駕駛車輛平臺—囊括了深度學(xué)習(xí)技術(shù)，傳感器融合技術(shù)以及環(huán)視技術(shù)來改變駕駛體驗。通過這種可擴展的構(gòu)架設(shè)計，可以通過配置兩個移動處理器和兩個分離式GPU，這樣集成的系統(tǒng)理論上可達到24 萬億次/ 秒的深度學(xué)習(xí)的操作，同時借助多個Drive PX 2 平臺實現(xiàn)的并行處理系統(tǒng)可以實現(xiàn)完全的自主駕駛。可以想象實現(xiàn)自動駕駛后對于物流行業(yè)，客運行業(yè)將是一個革命性的進步，俗話說車禍猛如虎，每年因交通造成的人身傷害遠遠排在其他傷害的前面，自動駕駛對于人類的貢獻不亞于汽車歷史上任何一項涉及安全的創(chuàng)造發(fā)明。

三、人工智能芯片的應(yīng)用

人工智能芯片的應(yīng)用方式。以人工智能、機器人、量子信息等為主導(dǎo)第四次工業(yè)革命已經(jīng)拉開帷幕。人工智能在工業(yè)生產(chǎn)中占據(jù)核心的地位，以前的工業(yè)生產(chǎn)解放了手工勞動，節(jié)約了大量的勞動力，但是并沒有真正實現(xiàn)自動化生產(chǎn)，仍需要人來處理自動生產(chǎn)線出現(xiàn)的故障和程序的錯誤，而且有些復(fù)雜的工序光靠機械的設(shè)計是很難達到人工操作的標準，人工智能的出現(xiàn)直接解放了人的大腦。流水線出現(xiàn)問題時，控制系統(tǒng)能進行自動的運算和解決問題，可以進一步實現(xiàn)的不只是無人車間，而是一座無人工廠，生產(chǎn)效率會達到極限效率，生產(chǎn)滿足日常需要的產(chǎn)品成為易如反掌的事情。人永遠是社會的主體，所有的科技進步都是為人類服務(wù)，人工智能主要集中在醫(yī)療、交通、家居以及各種智能場景的定制機器人，人工智能芯片在物品中的植入，并通過互聯(lián)網(wǎng)的連接即實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的互通。為人直接服務(wù)的設(shè)備可以通過人的形態(tài)，聲音甚至通過眼神讀懂人的思想，甚至通過腦機系統(tǒng)的連接直接神經(jīng)控制。

四、結(jié)束語

隨著大數(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)展，需要計算能力強大的芯片支持，而當前大量使用的芯片，由于是基于傳統(tǒng)的體系架構(gòu)設(shè)計的，如果用于大數(shù)據(jù)的并行計算，需要復(fù)雜的指令系統(tǒng)才能完成，且計算速度無法滿足實際要求。自從2010 年興起的第三波人工智能熱潮開始，人工智能技術(shù)取得了前所未有的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用，而這其中一個重要的原因就是人工智能芯片的發(fā)展與應(yīng)用，作為計算機系統(tǒng)的核心部件，智能芯片在某些方面可以看成是超越人類的超人大腦。經(jīng)過實踐表明，采用人工智能芯片可以簡化指令系統(tǒng)和提高運算效率。本文基于對信息技術(shù)的興趣，結(jié)合對人工智能技術(shù)的理解，對人工智能芯片技術(shù)進行深入的分析與總結(jié)，并從實際使用案例的角度對人工智能芯片技術(shù)的應(yīng)用進行闡述，為了進一步學(xué)習(xí)與掌握電子信息技術(shù)奠定基礎(chǔ)。

參考文獻

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[2]張蔚敏，蔣阿芳，紀學(xué)毅.人工智能芯片產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀[J].電信網(wǎng)技術(shù)，2018（2）.

（作者單位：廣東天波信息技術(shù)股份有限公司）