日前，世界人工智能大會(huì)(WAIC)落下帷幕，本屆大會(huì)吸引了超過(guò)300家科技企業(yè)同臺(tái)亮相。作為一家ASIC芯片設(shè)計(jì)廠商，嘉楠科技不僅展示了近一年的商業(yè)落地成果，而且在大會(huì)期間正式發(fā)布了備受嵌入式開發(fā)者期待的AI芯片K510。
近2倍算力增長(zhǎng)、全新的計(jì)算引擎，以及強(qiáng)大的視頻處理能力，勘智K510的發(fā)布意味著這家芯片廠商的疫后“芯”生。從2016年起，嘉楠科技就開始琢磨如何將ASIC設(shè)計(jì)技術(shù)遷移到AI領(lǐng)域，始于一顆指甲蓋般大小的芯片，這家公司的AI之路已經(jīng)走了5年。
從2016年AI概念在國(guó)內(nèi)萌芽到呈現(xiàn)燎原之勢(shì)，直至今日，業(yè)界對(duì)于AI的估值也逐漸回歸理性。潮水退去，曾經(jīng)的“AI四小龍”已光鮮不再，取而代之的則是人們對(duì)芯片的熱切關(guān)注。隨著數(shù)據(jù)成為新石油，算法和算力正逐漸成為駕馭這個(gè)世界的通行法則。與各類算法層出不窮的現(xiàn)狀相反，算力的發(fā)展則充滿了混沌。摩爾定律被反復(fù)唱衰，異構(gòu)計(jì)算、DSA概念大行其道，舊秩序?yàn)l臨崩潰，而新秩序尚未建立。
和眾多本土AI芯片廠商一樣，嘉楠科技是中國(guó)上百家從事芯片設(shè)計(jì)的公司之一。但不同之處在于，嘉楠科技正式進(jìn)軍AI之前已經(jīng)進(jìn)行了3年左右的ASIC芯片研發(fā)。ASIC是專用計(jì)算芯片，與人們電腦里的CPU不同，嘉楠科技早年研發(fā)的ASIC只能用來(lái)運(yùn)行一種名為SHA256的哈希算法。在這家公司的董事長(zhǎng)兼CEO張楠賡看來(lái)，ASIC芯片在計(jì)算效率上是最高的，因此從長(zhǎng)遠(yuǎn)而言，隨著算法趨于固定，ASIC芯片將是未來(lái)AI芯片的主流方向。
以ASIC設(shè)計(jì)為切口研發(fā)邊緣AI芯片
張楠賡是一名80后企業(yè)家，不同于那些叱咤互聯(lián)網(wǎng)江湖的形象，年逾三十就已頭染霜白，這部分緣于他所從事的行業(yè)。畢竟，在過(guò)去十年中，集成電路這一行業(yè)在移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)熱潮下顯得寂寂無(wú)名。直到今天，芯片才成為人們?cè)陲堊郎弦矔?huì)提起的熱詞。
這一行業(yè)的技術(shù)門檻之高超過(guò)了多數(shù)人的想象。張楠賡曾說(shuō)，即便是外界看來(lái)最簡(jiǎn)單的區(qū)塊鏈ASIC芯片，要做到世界領(lǐng)先也至少需要5年左右的時(shí)間。張楠賡曾成功研發(fā)了世界上第一款運(yùn)行哈希算法的ASIC芯片，并在2018年帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)研發(fā)了業(yè)內(nèi)第一款7nm ASIC芯片。
雖然“軟件定義硬件”這一說(shuō)法在業(yè)界有不少擁躉，但在他看來(lái)，軟件工程師可能不太會(huì)注意到的一點(diǎn)是，計(jì)算架構(gòu)改進(jìn)可以使芯片算力達(dá)到數(shù)量級(jí)的提升。ASIC芯片就是一個(gè)最極端的例子，目前一臺(tái)主流計(jì)算設(shè)備的算力已經(jīng)達(dá)到TH/s數(shù)量級(jí)，即每秒進(jìn)行1萬(wàn)億次運(yùn)算。
作為一名科班出身的技術(shù)型企業(yè)家，張楠賡在軟硬件領(lǐng)域均有涉獵。本科期間，張楠賡就讀于北航電子信息工程學(xué)院，并在讀研期間主修計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)專業(yè)。學(xué)生時(shí)代他就曾跟隨導(dǎo)師參與龍芯項(xiàng)目，并且在宿舍里開啟了第一次技術(shù)創(chuàng)業(yè)。
2013年，嘉楠科技正式成立，并于短短三年內(nèi)帶領(lǐng)技術(shù)團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)從110nm到16nm工藝節(jié)點(diǎn)的飛躍。區(qū)塊鏈ASIC設(shè)計(jì)領(lǐng)域取得的成功讓嘉楠科技有信心尋覓更多場(chǎng)景。在工程師團(tuán)隊(duì)看來(lái)，通用計(jì)算對(duì)于算力的需求確實(shí)不高。但是在邊緣AI領(lǐng)域，設(shè)備需要更優(yōu)的算力和功耗設(shè)計(jì)來(lái)讓AI算法落地。
從區(qū)塊鏈ASIC轉(zhuǎn)向AI芯片，最大的質(zhì)疑來(lái)自于嘉楠科技能否應(yīng)對(duì)AI芯片設(shè)計(jì)復(fù)雜度的挑戰(zhàn)，以及其如何在巨頭林立的市場(chǎng)中找到自己的立足之地。
但在張楠賡看來(lái)，AI芯片的底層邏輯依然是對(duì)數(shù)據(jù)流的處理。嘉楠科技在ASIC設(shè)計(jì)過(guò)程中積累了大量知識(shí)產(chǎn)權(quán)，涵蓋算法開發(fā)和優(yōu)化，標(biāo)準(zhǔn)單元設(shè)計(jì)和優(yōu)化，低電壓和高能效操作，高性能設(shè)計(jì)系統(tǒng)和散熱等，這些都是芯片設(shè)計(jì)的底層共性領(lǐng)域。公開資料顯示，截至2020年12月31日，嘉楠科技累計(jì)擁有178項(xiàng)專利知識(shí)產(chǎn)權(quán)(其中包括144項(xiàng)國(guó)內(nèi)專利所有權(quán)、34項(xiàng)PCT國(guó)際申請(qǐng))70項(xiàng)IC布圖設(shè)計(jì)權(quán)和105項(xiàng)軟件著作權(quán)。
依托RISC-V研發(fā)自主IP核
2016年，嘉楠科技正式成立AI芯片部門，啟動(dòng)邊緣芯片研發(fā)項(xiàng)目——勘智AI。研發(fā)團(tuán)隊(duì)在ISA選型、功耗和功能設(shè)計(jì)上都全面瞄準(zhǔn)邊緣AI，并在一開始就確立了依托開源架構(gòu)研發(fā)自主IP核的技術(shù)路線。邊緣AI芯片的應(yīng)用場(chǎng)景為邊緣服務(wù)器或設(shè)備端的推理計(jì)算，即根據(jù)訓(xùn)練好的算法模型對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測(cè)。因?yàn)樗惴ǖ牟渴鹞恢每拷鼞?yīng)用現(xiàn)場(chǎng)，邊緣芯片的功耗一般只有5W-10W，并且其時(shí)間延遲在毫秒級(jí)別。
任何類型芯片的設(shè)計(jì)中，ISA(指令集架構(gòu))是繞不過(guò)去的一個(gè)環(huán)節(jié)。它是軟硬件相互通信的核心樞紐，負(fù)責(zé)把軟件工程師編寫的代碼轉(zhuǎn)換為最底層的機(jī)器碼。自上世紀(jì)60年代以來(lái)，ISA的變遷先后經(jīng)歷了X86和ARM時(shí)代，如今正在向新的方向過(guò)渡。隨著邊緣計(jì)算以及多類型設(shè)備聯(lián)網(wǎng)的興起，中小型設(shè)備的計(jì)算需要更加靈活的輕量級(jí)架構(gòu)。
這一架構(gòu)主要指向RISC(精簡(jiǎn)指令集)，并在目前區(qū)分出ARM和RISC-V兩個(gè)陣營(yíng)。在ARM被初創(chuàng)公司普遍采用的情況下，嘉楠科技卻是國(guó)內(nèi)較早基于RISC-V架構(gòu)進(jìn)行AI芯片研發(fā)的公司。這一選擇多少帶著些許預(yù)見性。2017年圖靈獎(jiǎng)得主、計(jì)算體系結(jié)構(gòu)宗師David Patterson與John Hennessy在《計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的新黃金時(shí)代》一文中就表示，計(jì)算體系結(jié)構(gòu)的第二個(gè)機(jī)遇是開源的ISA(指令集架構(gòu))，為了創(chuàng)建一個(gè)「處理器的 Linux」，這個(gè)領(lǐng)域需要工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)級(jí)別的開放 ISA。
在這篇論文中，作者所列舉的第一個(gè)例子就是RISC-V。除了開源特點(diǎn)之外，架構(gòu)自身的簡(jiǎn)潔性使其降低芯片設(shè)計(jì)和驗(yàn)證硬件正確性的復(fù)雜度。同時(shí)，這款I(lǐng)SA避免了對(duì)微架構(gòu)的過(guò)度依賴，沒(méi)有歷史包袱，而且為定制化設(shè)計(jì)的加速器提供很大的操作指令設(shè)計(jì)空間。
過(guò)去5年，嘉楠科技一直沿著自主研發(fā)IP核的技術(shù)路線行進(jìn)。芯片整體采用SoC封裝方案，依托RISC-V架構(gòu)和定制的視覺(jué)CNN加速器來(lái)提升任務(wù)處理效率。嘉楠科技第一款A(yù)I芯片勘智K210的加速器為KPU，峰值浮點(diǎn)計(jì)算速率1.082TFLOPS。在去年7月份，這款芯片成功獲得Linux內(nèi)核支持。
除嘉楠科技之外，阿里平頭哥、華為等巨頭企業(yè)也在基于RISC-V架構(gòu)研發(fā)芯片。RISC-V一度被業(yè)界視為ARM的挑戰(zhàn)者，特別是在ARM獨(dú)立性受到挑戰(zhàn)的當(dāng)下。Nvidia和高通都對(duì)收購(gòu)ARM公司表示出極大興趣，而RISC-V基金會(huì)則在中美貿(mào)易戰(zhàn)的當(dāng)口主動(dòng)將總部遷往瑞士。
當(dāng)前RISC-V備受國(guó)內(nèi)芯片廠商追捧，作為早先吃螃蟹的公司，嘉楠科技并不急于推出新的芯片，始終保持著2年一代芯片的節(jié)奏。AI芯片勘智K510于今年3月正式點(diǎn)亮回片，這意味著嘉楠在AI的商業(yè)化布局上或有更多動(dòng)作。
這是一代人的事
從更宏觀的視角來(lái)看，相比16、17年的概念先行，本屆WAIC大會(huì)上，更多實(shí)實(shí)在在的優(yōu)秀技術(shù)成果隨之涌現(xiàn)。中國(guó)最大AI計(jì)算芯片、自動(dòng)駕駛芯片，以及更多自主研發(fā)的架構(gòu)創(chuàng)新和設(shè)計(jì)，一起構(gòu)成了本土芯片行業(yè)的全新圖景。
嘉楠科技便是本土芯片企業(yè)快速成長(zhǎng)的一個(gè)切片。張楠賡曾表示第一代AI芯片更多是一款工程師視角的產(chǎn)品。彼時(shí)MobileNet等視覺(jué)算法模型尚未出現(xiàn)，因此在算力設(shè)計(jì)上稍顯滯后。深度學(xué)習(xí)技術(shù)及其應(yīng)用擴(kuò)展的速度正在倒逼每一家芯片企業(yè)加快步伐。
嘉楠科技的新款A(yù)I芯片勘智K510在算力和功耗設(shè)計(jì)上面向中高端市場(chǎng)。其核心在于團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)的KPU2.0，使得其算力相較于一代芯片有近3倍提升，并且搭載了MIPI高清攝像頭接口，提升在視覺(jué)應(yīng)用領(lǐng)域的處理能力。隨著K510的面世，嘉楠科技將解鎖高清視頻會(huì)議、車載后裝市場(chǎng)和智能門鎖等更多應(yīng)用場(chǎng)景。
對(duì)芯片企業(yè)而言，找到落地場(chǎng)景就意味著打開市場(chǎng)空間的可能性。新一代本土芯片企業(yè)如何在自己的市場(chǎng)撐出一片天，則有賴于更多像嘉楠科技一樣的企業(yè)給出自己的答案。誠(chéng)如張楠賡所言，抓住計(jì)算架構(gòu)變革的時(shí)代機(jī)遇，是我們這一代人的事。
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