人工智能（AI）芯片是支撐人工智能技術和產業(yè)發(fā)展的關鍵基礎設施，具有重要的戰(zhàn)略地位。目前人工智能技術與產業(yè)持續(xù)高速發(fā)展，已經基本形成了由芯片、數據、開發(fā)框架、算法、應用組成的技術產業(yè)生態(tài)。人工智能運算主要指以深度學習為代表的神經網絡運算，具有獨特的計算密集、存儲密集特點，對芯片性能提出了新的要求。為滿足需求，GPU、FPGA、ASIC等架構芯片都面向人工智能計算進行新的設計，使得芯片能夠高效處理大量文本、視頻、圖片、語音等非結構化數據，對人工智能運算提供有力支持，具有較強的獨特性和基礎性，戰(zhàn)略地位凸顯。

 

　　AI芯片技術產業(yè)高速發(fā)展

 

　　人工智能芯片產業(yè)規(guī)模高速增長。人工智能發(fā)展浪潮催生芯片市場新的增長點，人工智能芯片市場保持強勁增長能力，預計全球市場規(guī)模在2023年較2016年增長近13倍，由23.8億美元增至340億美元。我國人工智能芯片市場同樣發(fā)展良好，2019年我國人工智能芯片市場規(guī)模占整個人工智能市場規(guī)模的22%，占比較高，市場年平均增長率保持在40%以上，增長較快。

 

　　人工智能芯片處于技術與市場成熟前期。人工智能芯片相對其他計算機芯片明顯起步較晚，但得益于人工智能技術產業(yè)發(fā)展較快，目前人工智能芯片已經處于技術與市場成熟前期。具體來說，在技術與產品方面，人工智能芯片實現了從通用向定制、專用方向演化，產品在云端、自動駕駛、智慧安防、移動互聯網等場景中均獲得了較好地應用。在產業(yè)方面，當前英偉達、華為海思、寒武紀、比特大陸等一批企業(yè)經過前期積累，已經逐漸將產品投入市場，并獲得了較好的反饋，人工智能芯片產業(yè)已經進入成熟前期。

 

　　各企業(yè)圍繞自身優(yōu)勢迅速推出人工智能芯片產品，搶占市場先機。目前人工智能芯片產品主要涵蓋云端訓練、云端推理、終端推理三個領域。在云端訓練領域，模型訓練需實現高性能、高精度、通用化的計算能力，英偉達憑借其GPU產業(yè)生態(tài)在云端訓練市場占據絕對優(yōu)勢，谷歌、英特爾研發(fā)ASIC芯片發(fā)起挑戰(zhàn)；在云端推理領域，高能效GPU、FPGA、ASIC成為各企業(yè)布局方案，谷歌、英特爾、賽靈思等廠商紛紛布局，未來市場格局未定；在終端推理領域，芯片需滿足低時延或低功耗等差異化場景需求，細分市場眾多，ASIC芯片逐漸成為主流路徑，圖像識別、語音識別是重點應用領域，參與者不僅包括高通、英特爾、英偉達等傳統芯片巨頭，也包括谷歌、海思、寒武紀、地平線等新進入者。

 

　　AI芯片應用創(chuàng)新活躍

 

　　目前人工智能芯片主要應用于云端訓練、云端推理、終端推理領域，在云計算、自動駕駛、智能安防、智能手機等領域已經實現了較為廣泛的應用，未來市場前景廣闊。

 

　　在云計算領域，GPU仍占據市場主流，但市場份額將逐漸下降。目前GPU因其通用性好、性能強、編程環(huán)境優(yōu)良、生態(tài)成熟等因素在云端訓練市場占據主流，但GPU存在投資研發(fā)成本較高、生態(tài)構建較難等問題，谷歌、微軟、華為、百度等國內外科技公司開始嘗試布局云端專用芯片以提高效率、搶占市場。目前谷歌推出的ASIC架構芯片TPU3.0算力達到90TELOPS，功耗僅為200W。未來像谷歌TPU3.0這樣能有效降低能耗、節(jié)約部署成本、提高開發(fā)易用性，并繼承GPU高性能、通用性強的可編程ASIC芯片及其配套開發(fā)平臺將成為云端AI芯片的發(fā)展趨勢。

 

　　在自動駕駛領域，主控芯片算力需求持續(xù)增長，帶動車載AI芯片市場進一步擴大。近年來車企紛紛將目光瞄向更高等級的自動駕駛技術，高級別自動駕駛滲透率逐步提升，自動駕駛市場持續(xù)擴大，自動駕駛對車載芯片算力需求呈指數級增長，傳統MCU已經難以勝任，高性能專用車載人工智能芯片迎來機會。在產品方面，英偉達、英特爾等公司近年先后針對高級自動駕駛推出高算力（100TOPS以上）主控芯片，我國的華為MDC600、黑芝麻科技華山2號等芯片算力均達到100TOPS以上，均能滿足L3級別以上自動駕駛需求。隨著汽車進入L3級以上高級別自動駕駛時代，分布式電子系統難以對大量、多元的傳感器數據進行高效融合處理，處理過程將依賴于CPU、GPU、FPGA等的協調合作。未來行業(yè)主流核心處理芯片將多采用SoC設計，集成GPU、AI加速器等人工智能計算處理單元。

 

　　智能安防領域需求最為明確，技術商業(yè)落地快，市場容量大。安防市場是人工智能最為確定的市場，以圖像識別和視頻處理為代表的人工智能應用正在全面影響安防產業(yè)，其中人工智能芯片是核心支撐，安防人工智能芯片市場呈現出技術商業(yè)落地發(fā)展快，市場容量大的特點。智能安防產業(yè)參與者眾多、市場大、賽道長，各環(huán)節(jié)門檻較低，生態(tài)較為開放，我國已經構建起較為完整的產業(yè)生態(tài)，產業(yè)各環(huán)節(jié)都有國內企業(yè)深度參與，其中海思已經帶來了20余款IPC芯片，在IPC芯片市場一度占到國內70%以上的份額。未來“云邊結合”對前端設備的計算能力提出了更高的要求，成本、效率、功耗是關鍵問題。

 

　　在智能手機領域，人工智能芯片為智能手機市場帶來變革。全球智能手機市場仍保持較高出貨量，為手機人工智能芯片帶來較大市場空間，同時人工智能芯片應用也為智能手機市場帶來新的增長空間。未來搭載人工智能芯片的智能手機出貨量占比將持續(xù)提升，國產手機廠商迎來了新的發(fā)展機遇。傳統智能手機雖然可以運行人工智能應用，但在流暢度和能耗方面不能滿足用戶更高層次的需求，打造一款被市場認可的AI手機，成為手機廠商下一輪競逐的方向，高通、蘋果、華為等巨頭廠商在其中扮演了引領者的角色，分別推出驍龍855、A13、麒麟990等高端處理器，積極推動AI手機落地。

 

　　產業(yè)發(fā)展需打牢根基

 

　　現階段，我國人工智能應用市場規(guī)模龐大，智能終端、智能安防、自動駕駛等智能應用日漸深入生活，人工智能產業(yè)生態(tài)體系處于加速完備階段，為以人工智能芯片為代表的人工智能基礎產業(yè)創(chuàng)造了巨大的發(fā)展空間。

 

　　但我們也要看到，我國芯片技術發(fā)展長期落后于海外，產業(yè)鏈生態(tài)不完善，在制造、封測、EDA軟件等領域需求和短板明顯，使我國在發(fā)展人工智能芯片產業(yè)時，出現上游底層技術嚴重依賴海外的情況。

 

　　未來，我國在發(fā)展布局物聯網、人工智能等新興產業(yè)時，應吸取教訓，提前布局、研發(fā)相關領域的通信、計算芯片等底層技術，遵循行業(yè)客觀發(fā)展規(guī)律，確保長期穩(wěn)定投入，打牢產業(yè)發(fā)展基礎，實現相關產業(yè)高質量發(fā)展。

       作者：中國信息通信研究院信息化與工業(yè)化融合研究所 王楊