人工智慧(AI)大熱，全球晶片開發(fā)商競相發(fā)布自己的AI處理器智慧晶片。電子技術(shù)設(shè)計(jì)(EDN)中國版編輯比較了目前主流「AI處理器」的技術(shù)和市場發(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

中國寒武紀(jì)科技(Cambricon Technologies)的Cambricon-1A是一款深度學(xué)習(xí)專用處理器晶片(NPU)，其高性能硬體架構(gòu)及軟體支援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)用于電腦視覺、語音辨識(shí)、自然語言處理等智慧處理關(guān)鍵領(lǐng)域。專注于AI產(chǎn)業(yè)發(fā)展的美國媒體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，是中國唯一一家上榜的AI硬體創(chuàng)業(yè)公司。

寒武紀(jì)目前有三條產(chǎn)品線：首先是智慧終端機(jī)處理器IP授權(quán)，智慧IP指令集可授權(quán)整合到手機(jī)、安防、穿戴式設(shè)備等終端晶片中，客戶包括國SoC廠商，現(xiàn)已開始投入市場。其次，在智慧云端伺服器晶片領(lǐng)域，作為PCIE加速卡插在云端伺服器上，客戶主要是中國的知名伺服器廠商。第三是家用智慧服務(wù)機(jī)器人晶片：從智慧玩具、智慧助手入手，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)品的推出將比智慧云端伺服器晶片更晚。

華為麒麟(Kirin)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A(yù)I系統(tǒng)級(jí)晶片，該晶片選擇了異質(zhì)運(yùn)算架構(gòu)大幅提升AI的運(yùn)算能力，內(nèi)建獨(dú)立的神經(jīng)網(wǎng)路處理單元。據(jù)說這種專用硬體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)用程式。

麒麟970采用臺(tái)積電(TSMC)10奈米(nm)晶片組制程技術(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)、麒麟NPU(1.92T FP16 OPS)、影像訊號(hào)處理器(Image DSP)(512bit SIMD)、雙攝影鏡頭ISP(具備臉部、動(dòng)作偵測)、Hi-Fi 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晶片，另外華為榮耀(Honor V10)也會(huì)采用。相較之下，高通(Qualcomm)驍龍(Snapdragon)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，Snapdragon845支持眾多Android 旗艦智慧型手機(jī)，當(dāng)中包括三星(Samsung)、 Sony、LG 和小米的高階產(chǎn)品。與華為麒麟970晶片不同的是，高通是在通用平臺(tái)內(nèi)做核心最佳化，它沒有獨(dú)立的神經(jīng)網(wǎng)路引擎單元，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，從而可以針對不同移動(dòng)終端彈性調(diào)用各個(gè)處理單元。

對于兩者方向的不同，高通認(rèn)為整合更加有效。但華為認(rèn)為，鑒于手機(jī)對能耗的要求，獨(dú)立NPU處理單元未來一定是手機(jī)處理器的必要之路，從現(xiàn)在看只有蘋果(Apple)和華為做了獨(dú)立的NPU。

最近從微博(Wechat)流出麒麟970與Snapdragon 845跑分對比，聲稱前者跑分比后者還要高出7%，但麒麟970、Snapdragon845的差異其實(shí)不大，且網(wǎng)路還只秀出幾個(gè)獨(dú)立測試結(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Snapdragon845：今年將在高階Android手機(jī)中廣泛應(yīng)用

Snapdragon 845采用最新的八核Kryo 385定制架構(gòu)，性能比Snapdragon 835的Kryo 280提升25%。 Snapdragon 845采用三星第二代10nm制程，主頻最高為2.8GHz；其次Snapdragon 845整合的Adreno 630 GPU性能比Snapdragon 835的Adreno 540提升30%，功耗降低30%。另外，Snapdragon 845整合了第二代千兆級(jí)LTE Modem——X20數(shù)據(jù)機(jī)，比Snapdragon 835的X16速度提升20%，其整合的全新Hexagon 685 DSP與Spectra 280 ISP全面提升拍照功能。

從Wechat發(fā)布的Snapdragon 845和麒麟970參數(shù)規(guī)格對比看出，Snapdragon 845核心有巨大升級(jí)，采用全新高階大核心A75與A53組合，GPU升級(jí)為Adreno 630，為三星10nm LPE制程制程。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制程，由臺(tái)積電代工。

三星Exynos 9810：蘋果A11的最強(qiáng)對手？

三星Exynos9810處理器采用其第三代自行研發(fā)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制程。 10nm也是目前蘋果A11、Snapdragon 845和麒麟970都在采用的制程。

GPU方面，Exynos9810采用最新的Mali-G72，采用18顆核心(MP18)，預(yù)計(jì)工作頻率在700MHz。 Mali-G72是Arm去年發(fā)布基于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，晶片整體能效提升25%、晶片面積效能提升20%、機(jī)器學(xué)習(xí)效率提升17%。

在AI方面，支持人臉檢測的Bixby變得更加聰明?；谏窠?jīng)網(wǎng)路的深度學(xué)習(xí)，新的處理器能夠透過快速影像搜索和分類精確識(shí)別照片中的人或物，以進(jìn)行快速影像搜索或分類，或者利用深度感測，在3D中掃描使用者的臉部以進(jìn)行混合式人臉檢測。而利用硬體和軟體，混合式人臉檢測功能可以實(shí)現(xiàn)真實(shí)的人臉跟蹤檢測，從而在使用人臉進(jìn)行設(shè)備解鎖時(shí)候更加安全。

Nvidia 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Nvidia展示了DRIVE Xavier，這個(gè)AI晶片由一個(gè)特別定制的8核心CPU、一個(gè)全新的512核心Volta GPU、一個(gè)全新深度學(xué)習(xí)加速器、全新電腦視覺加速器，以及全新8K HDR視訊處理器而打造。 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 萬億次運(yùn)算，功耗卻僅為30瓦，能效比上一代架構(gòu)高出15倍。

TensorCore、視訊識(shí)別和流處理、物體定位、路徑規(guī)劃等所有AI運(yùn)算任務(wù)都能在上面飛快跑起來，據(jù)稱首批樣品2018年第一季就可以交付給客戶。 Nvidia CEO黃仁勛表示，中國市場是全球最大市場，所有的系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)都考慮到了當(dāng)?shù)卣Z系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)運(yùn)算難題

為了抵御Nvidia在AI領(lǐng)域的強(qiáng)勢進(jìn)攻，英特爾(Intel)先后收購了FPGA晶片商Altera、AI初創(chuàng)公司Nervana Systems，以及以色列自動(dòng)駕駛晶片公司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)晶片「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)晶片。

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

Loihi采用架構(gòu)到晶片建模、非同步設(shè)計(jì)流程，以及基于FPGA模擬的圓形演算法驗(yàn)證，具有非常節(jié)能的特點(diǎn)，擁有128個(gè)核心+3個(gè)低功耗X86核心、可程式設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)規(guī)則等特點(diǎn)。

Intel介紹Loihi晶片擁有自主學(xué)習(xí)功能，并且可以利用資料來學(xué)習(xí)和推斷，隨著時(shí)間延長能變得更加智慧，可以應(yīng)用于汽車和工業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域。不過，雖然該晶片有這么多優(yōu)點(diǎn)，這一切還需要在現(xiàn)實(shí)中應(yīng)用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)路訓(xùn)練系統(tǒng)大多數(shù)都采用Nvidia的晶片，Intel需要加大力度推廣以在市場占有率上趕上Nvidia。

瑞芯微RK3399Pro：首次采用CPU+GPU+NPU硬體結(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AI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。

RK3399Pro AI晶片采用big.LITTLE大小核CPU架構(gòu)——雙核心Cortex-A72+四核心Cortex-A53，在整體性能、功耗方面具技術(shù)領(lǐng)先性。另外，該晶片還內(nèi)建四核心Arm高階GPU Mali-T860，整合更多頻寬壓縮技術(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硬體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的AI晶片，其整合的NPU融合瑞芯微在機(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)晶片，典型深度神經(jīng)網(wǎng)路Inception V3、ResNet34、VGG16等模型在RK3399Pro晶片上的運(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(MTK)在CES發(fā)布了NeuroPilot AI平臺(tái)，主攻智慧型手機(jī)、智慧家庭、自動(dòng)駕駛車的終端邊緣運(yùn)算。聯(lián)發(fā)科表示，目前1年約有15億臺(tái)消費(fèi)性電子產(chǎn)品采用聯(lián)發(fā)科晶片，2018年該公司將整合AI處理器與NeuroPilot SDK軟體發(fā)展套件技術(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)晶片中加入AI運(yùn)算核心，現(xiàn)在已為智慧語音助理、智慧電視、自動(dòng)駕駛車打造AI解決方案，并在CES中展示具體跨平臺(tái)應(yīng)用，包括Amazon Echo智慧語音助理、 Android O智慧電視、BelkinWemo智慧型插座、以及聯(lián)發(fā)科全網(wǎng)覆蓋家庭路由器等。

中國華夏芯「北極星」：完全自主IP的AI晶片平臺(tái)

華夏芯發(fā)布全自主IP的AI晶片平臺(tái)——「北極星」，這是中國首次發(fā)布的CPU、DSP和AI全部具有自主IP的平臺(tái)型AI晶片。北極星是一款針對多種應(yīng)用的SoC晶片，不但有負(fù)責(zé)神經(jīng)網(wǎng)路和深度學(xué)習(xí)的AI專用處理器，還整合高性能的CPU/DSP，其能力可以延伸到多個(gè)產(chǎn)品領(lǐng)域，諸如智慧輔助駕駛、智慧安防監(jiān)控、機(jī)器人、電腦視覺、車載和商用雷達(dá)探測、語音辨識(shí)等嵌入式AI應(yīng)用。此外，還能延伸到工業(yè)4.0、現(xiàn)場控制、邊緣運(yùn)算、智慧硬體、智慧家居等在內(nèi)的多個(gè)其他領(lǐng)域，是一款市場適應(yīng)性極強(qiáng)的異質(zhì)運(yùn)算和AI平臺(tái)型晶片。

北極星可以在單晶片上采用程式設(shè)計(jì)擴(kuò)展的方法實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度很高的現(xiàn)場控制與決策、數(shù)位訊號(hào)處理、影像訊號(hào)處理、基于神經(jīng)網(wǎng)路的深度學(xué)習(xí)和特征提取、多執(zhí)行緒平行運(yùn)算等多種功能。北極星晶片采用臺(tái)積電28nm制程制程，將于2018年上半年量產(chǎn)。

中國地平線「征程」和「旭日」：嵌入式AI視覺晶片

2017年獲得Intel一億美元投資的中國地平線推出了征程(Journey)和旭日(Sunrise)兩款處理器，都屬于嵌入式AI視覺晶片，分別針對智慧駕駛和智慧攝影鏡頭。