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人工智能爆發(fā)，與芯片這“魔法”獲得突破密不可分。不管是智能駕駛還是人臉識別，這些技術(shù)的實現(xiàn)都有賴于背后功能更強、體積更小、功耗更低的小小芯片。

得芯片者得天下。在全球范圍競爭日趨激化的AI研究領(lǐng)域，中國的存在感正在加強。根據(jù)國際知名專利檢索公司QUESTEL發(fā)布的《芯片行業(yè)專利分析及專利組合質(zhì)量評估》報告指出：中國近10年芯片專利增長驚人，已成為芯片專利申請第一大國。中國企業(yè)在芯片專利數(shù)量上已逐步趕上國外老牌企業(yè)。

既然如此，為何國產(chǎn)AI芯片與美國還有這么大差距？且看以下4個方面：

人工智能爆發(fā) 中美AI芯片大比拼

一、中美人工智能芯片公司有哪些？

先說美國

——全球十大人工智能芯片廠商：中國3家美國6家上榜

1）NVIDIA（英偉達）——GPU行業(yè)領(lǐng)袖，人工智能芯片領(lǐng)頭軍

NVIDIA創(chuàng)立于1993年1月，是美國一家以設(shè)計智核芯片組為主的無晶圓（Fabless）IC半導(dǎo)體公司，也是全球圖形技術(shù)和數(shù)字媒體處理器行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)廠商。英偉達的GPU是圖像處理的行業(yè)龍頭，GPU芯片的同步并行運算非常適用于人工智能的深度學(xué)習(xí)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。

事實證明，在浮點運算、并行計算等部分計算方面，GPU可以提供數(shù)十倍乃至于上百倍于CPU的性能。目前國際GPU市場被NVIDIA和AMD（英國）兩大公司瓜分。截至2015年第二季度，NVIDIA市場份額已達到82%。谷歌無人駕駛汽車所采用的技術(shù)部件中，就采用了NVIDIA的移動終端處理器Tegra（4核CPU+256核GPU）。

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2013-2015年GPU市場份額

2016年8月，英偉達推出首臺深度學(xué)習(xí)超級計算機NVIDIADGX-1。2017年4月，NVIDIA宣布全新數(shù)據(jù)中心加速器TeslaP100已經(jīng)供貨，TeslaP100計算卡面向人工智能、自動駕駛、氣候預(yù)測、醫(yī)藥開發(fā)等專業(yè)領(lǐng)域。

在2016年，英偉達的股價上漲了228%，過去的5年內(nèi)累計上漲500%。500億美元的市值將會持續(xù)給英偉達帶來40倍的市場收入，這幾乎是業(yè)內(nèi)擁有最高收益的公司。

2）Intel（英特爾）—基于Nervana技術(shù)的AI芯片&FPGA

2016年11月，英特爾花費4億元收購一家創(chuàng)業(yè)公司Nervana，如果一切進展順利，Nervana芯片的最終形態(tài)會在2017年底面世。Nervana一直在研究將深度學(xué)習(xí)算法嵌入到計算芯片之中，而不是簡單的打造能夠在大量圖形處理器上運行的軟件，這個邏輯和英特爾發(fā)力人工智能芯片的思路不謀而合。

英特爾稱，與圖形芯片相比，Nervana技術(shù)可以使深度學(xué)習(xí)系統(tǒng)運行速度提升100倍，計劃2017年銷售集成Nervana技術(shù)的芯片，在深度學(xué)習(xí)市場挑戰(zhàn)英偉達優(yōu)勢，英特爾計劃在至強處理器中整合Nervana芯片和軟件。同時，英特爾收購FPGA生產(chǎn)商巨頭Altera，研發(fā)基于FPGA技術(shù)的人工智能芯片。

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英特爾Nervana產(chǎn)品組合

3）高通

在智能手機芯片占據(jù)絕對優(yōu)勢的高通公司，也在人工智能方面積極布局。據(jù)高通提供的資料顯示，其在人工智能方面已投資了Clarifai公司和中國“專注于物聯(lián)網(wǎng)人工智能服務(wù)”的云知聲。

而早在2015年CES上，高通推出了一款搭載驍龍SoC的飛行機器人——SnapdragonCargo。高通認為在工業(yè)、農(nóng)業(yè)的監(jiān)測以及航拍對拍照、攝像以及視頻新需求上，公司恰好可以發(fā)揮其在計算機視覺領(lǐng)域的能力。此外，高通的驍龍820芯片也被應(yīng)用于VR頭盔中。事實上，高通已經(jīng)在研發(fā)能在本地完成深度學(xué)習(xí)的移動設(shè)備芯片。

4）IBM——類人腦芯片TrueNorth&量子計算機

IBM從2008年開始研究能模擬人類大腦的芯片項目，2014年推出首個基于SyNAPSE打造的TrueNorth芯片，該芯片內(nèi)置100萬個模擬神經(jīng)元和2.56億個模擬神經(jīng)突觸。不同芯片還可以通過陣列的方式互聯(lián)。據(jù)稱48顆芯片組建成的具有4800萬個神經(jīng)元的網(wǎng)絡(luò)，智力水平已經(jīng)和普通老鼠大腦差不多。

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IBM的TrueNorth芯片的形態(tài)、結(jié)構(gòu)、功能、外形

TrueNorth芯片與眾不同的是同時具有傳統(tǒng)的同步部分（接口和時序）和異步部分（大腦式架構(gòu)）。由于使用異步邏輯，功耗僅為70mW，而同結(jié)構(gòu)的54億個并聯(lián)晶體管會消耗50-100W。為了使神經(jīng)元構(gòu)成任意至任意的連接結(jié)構(gòu)，芯片上有龐大的交叉開關(guān)，用于將芯片上54億個晶體管的神經(jīng)元連在一起。

今年3月份，IBM宣布將在年內(nèi)推出全球首個商業(yè)“通用”量子計算服務(wù)IBMQ，為50量子bit的計算機，比之前推出的5量子位計算機大10倍，且可以勝任許多傳統(tǒng)計算機無法完成的工作，據(jù)稱將加速藥品開發(fā)以及科學(xué)新發(fā)現(xiàn)。2016年5月，IBM發(fā)布了一項量子計算云服務(wù)，每個人都可以使用其5量子位量子計算機。

5)谷歌（Google）———定制化TPU芯片+量子計算機

谷歌為其深度學(xué)習(xí)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)打造基于ASIC的專用TPU芯片。該TPU芯片也用于AlphaGo的系統(tǒng)中。ASIC是專用集成電路，具有體積更小、功耗更低、性能提高、保密性增強、成本低等優(yōu)點。TPU目前在谷歌主要用于：1）、機器學(xué)習(xí)系統(tǒng)RankBrain，用于幫助谷歌處理搜索結(jié)果；2）、街景StreetView，用于提高地圖與導(dǎo)航的準確性；3）、圍棋人工智能AlphaGo，其最初版本使用48個CPU+8GPU，對戰(zhàn)樊麾時升級到1202CPU+176GPU，對戰(zhàn)李世石時升級至TPU版本。

谷歌同時致力于量子計算機的研究。

6）微軟——重點研發(fā)FPGA人工智能芯片，推出基于FPGA的視覺芯片

微軟把重心放在FPGA人工智能芯片上，目前FPGA已經(jīng)被應(yīng)用在Bing搜索的支持上，基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)推動新的搜索算法，執(zhí)行速度比傳統(tǒng)的芯片會快很多倍，只需要24ms就可以實現(xiàn)搜索，規(guī)避了以往長達四秒搜索空白的尷尬。其FGPA同樣能夠支持微軟的云計算服務(wù)Azure，未來微軟全球的數(shù)百萬部的服務(wù)器將會用FPGA。

同時微軟推出基于FPGA技術(shù)的視覺芯片A-eye，使得攝像頭具有視覺理解能力。FPGA的輸入到輸出之間并沒有計算過程，只是通過燒錄好的硬件電路完成信號的傳輸，因此運行速度非常高，可達CPU的40倍。目前的攝像頭主要完成記錄、存儲等功能，在攝像頭上加入A-Eye視覺芯片，就可以讓攝像頭具有視覺理解能力。A-Eye可以廣泛應(yīng)用在智能安防，嬰兒和老人看護，戰(zhàn)場機器人，汽車和無人機等各種需要視覺智能的領(lǐng)域。

此外，蘋果、Facebook以及Twitter都在通過設(shè)計新的芯片加強人工智能研發(fā)。

再說國內(nèi)：

——國產(chǎn)AI芯片雄心勃勃或要上演后來居上

1、地平線機器人——NPU

由中國人創(chuàng)立于2015年的初創(chuàng)企業(yè)HorizonRobotics（地平線機器人）致力于打造基于深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的人工智能“大腦”平臺-包括軟件和芯片，可以做到低功耗、本地化的解決環(huán)境感知、人機交互、決策控制等問題。其中，軟件方面，地平線做了一套基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的OS，已經(jīng)研發(fā)出分別面向自動駕駛的的“雨果”平臺和智能家居的“安徒生”平臺，并開始逐步落地。硬件方面，未來地平線機器人還會為這個平臺設(shè)計一個芯片——NPU（NeuralProcessingUnit），支撐自家的OS，到那時效能會提升2-3個數(shù)量級（100-1000倍）。

2.中科寒武紀

——在國際上開創(chuàng)了深度學(xué)習(xí)處理器方向

寒武紀科技由創(chuàng)始人陳天石教授帶領(lǐng)中科院團隊成立于2016年，致力于打造各類智能云服務(wù)器、智能終端以及智能機器人的核心處理器芯片。公司研制了國際首個深度學(xué)習(xí)專用處理器芯片，顯著提升了人工智能領(lǐng)域的運算效能。不同于Google采用的通用處理器，“寒武紀”芯片專門面向深度學(xué)習(xí)技術(shù)。模擬實驗表明，“寒武紀”相對于傳統(tǒng)執(zhí)行x86指令集的芯片，有兩個數(shù)量級(幾百倍)的性能提升。目前，寒武紀系列已包含三種原型處理器結(jié)構(gòu)：

寒武紀1號（英文名DianNao，面向神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的原型處理器結(jié)構(gòu)）；

寒武紀2號（英文名DaDianNao，面向大規(guī)模神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)）；

寒武紀3號（英文名PuDianNao，面向多種機器學(xué)習(xí)算法）。

與谷歌人工智能對標，寒武紀的目標是要讓1瓦以內(nèi)功耗的攝像頭、手機、甚至手表都能和“阿爾法狗”一樣“聰明”。并且希望具有更優(yōu)的性能、更強大的計算能力，以及更低的耗能。目前寒武紀芯片產(chǎn)業(yè)化在即，預(yù)計2018年上市，市場表現(xiàn)值得期待。

3.中星微電子

2016年6月20日，率先推出中國首款嵌入式神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理器（NPU）芯片中星微，這是全球首顆具備深度學(xué)習(xí)人工智能的嵌入式視頻采集壓縮編碼系統(tǒng)級芯片，并取名“星光智能一號”。這款基于深度學(xué)習(xí)的芯片運用在人臉識別上，最高能達到98%的準確率，超過人眼的識別率。該芯片于今年3月6日實現(xiàn)量產(chǎn)，目前出貨量為十幾萬件。

該NPU采用了“數(shù)據(jù)驅(qū)動”并行計算的架構(gòu)，單顆NPU（28nm）能耗僅為400mW，極大地提升了計算能力與功耗的比例，可以廣泛應(yīng)用于高清視頻監(jiān)控、智能駕駛輔助、無人機、機器人等嵌入式機器視覺領(lǐng)域。

4.百度——DuerOS智慧芯片

聯(lián)合硬件廠商推出DuerOS智慧芯片，可以視作百度在人工智能與硬件設(shè)備一體化方面的新探索。DuerOS智慧芯片擁有低成本芯片和模組，可以以芯片嵌入的形式放到任何硬件中，能夠更加快速而廣泛地應(yīng)用到更多場景。可以看出，百度在利用“算法+芯片”的組合實現(xiàn)人工智能產(chǎn)業(yè)化落地。

除百度外，騰訊和阿里也加入戰(zhàn)局，近期均推出了FPGA云解決方案，華為也在做云計算的架構(gòu)和方式研究。

二、中美人工智能芯片專利數(shù)量

——中國專利申請數(shù)大幅度增長美國增速穩(wěn)定

根據(jù)烏鎮(zhèn)全球人工智能申請專利數(shù)量，美國、中國位列前二，且數(shù)量級接近。

人工智能爆發(fā) 中美AI芯片大比拼

而根據(jù)國際知名專利檢索公司QUESTEL發(fā)布的《芯片行業(yè)專利分析及專利組合質(zhì)量評估》報告指出：中國近10年芯片專利增長驚人，已成為芯片專利申請第一大國。中國企業(yè)在芯片專利數(shù)量上已逐步趕上國外老牌企業(yè)。

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芯片專利前30位專利權(quán)人構(gòu)成分析圖

上圖是芯片專利前30位專利權(quán)人構(gòu)成分析圖，從圖中可以看出，在芯片專利數(shù)量前30位專利權(quán)人，日本公司居多，日立、東芝和NEC，排名前三位，其次是美國的IBM、英特爾、德州儀器、高通等老牌企業(yè)，來自中國大陸的中興通訊、華為分別位居第23、第27位，中興通訊旗下子公司中興微電子是國內(nèi)芯片專利申請量第一的企業(yè)。

可見，經(jīng)過多年的技術(shù)積累和專利積累，國內(nèi)企業(yè)已經(jīng)初步具備了和國際企業(yè)競爭合作的技術(shù)基礎(chǔ)和知識產(chǎn)權(quán)基礎(chǔ)，最近幾年，國內(nèi)企業(yè)從專利數(shù)量上來說已逐步趕上了國外老牌企業(yè)。

但也有業(yè)內(nèi)人士提出質(zhì)疑，認為目前在很多高精尖的領(lǐng)域中，如高速光通信接口、大規(guī)模FPGA、高速高精度ADC/DAC等主要依賴美國供應(yīng)商。國外企業(yè)無論從市場還是專利數(shù)量來說，仍然在全球占據(jù)了大部分席位。國內(nèi)企業(yè)在諸多方面都與國際領(lǐng)先企業(yè)存在著較大差距。

下面以中興通訊與英特爾專利技術(shù)為例，選取中興通訊的專利組合（1238個有效專利）和英特爾的專利組合（1722個有效專利）進行技術(shù)和使用維度的對比，了解一下，國內(nèi)企業(yè)和美國先進水平在專利技術(shù)上的差距。

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藍線代表中興通訊，紅線代表英特爾。總體而言，在所有指標中，中興通訊專利的普遍性指數(shù)高于平均值，與高普遍性指數(shù)有關(guān)的專利與多個技術(shù)領(lǐng)域中的后期發(fā)明相關(guān)。這是一個積極的跡象，因為它表明中興通訊的技術(shù)對于其它行業(yè)中的其它應(yīng)用具有相關(guān)性。

業(yè)內(nèi)人士指出，國產(chǎn)芯片主要應(yīng)用于消費類領(lǐng)域，而在對穩(wěn)定性和可靠性要求很高的通信、工業(yè)、醫(yī)療和軍事等領(lǐng)域，仍主要依賴美國等發(fā)達國家。隨著以中興通訊、華為為首的通訊科技企業(yè)正在大幅提高國產(chǎn)芯片的自給率，以及與信息安全相關(guān)的芯片產(chǎn)業(yè)成為國家重點扶持謀求突破的產(chǎn)業(yè)，比如國家芯片基金先后對紫光、中興微電子的大手筆參股投資，中國芯片產(chǎn)業(yè)未來五到十年將走向新的快車道。

三、全球人工智能論文數(shù)量排名

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