2020年出的難題，AI芯片公司接住了嗎？
2020年贈予太多不平凡。
新冠疫情詭異開局，貿易沖突余瀾未了。美國政府攪起的颶風，正消耗著全世界人民的精力。
在變幻莫測的時局之中，加速人工智能計算速度的底層基礎設施建設者——AI芯片企業們——正經受著新的考驗，有的高舉高打，有的低調前行。
提高企業的組織管理能力和抗風險能力的警鐘敲響，架構創新和產品性能不再是唯一指標，能為產業帶來價值才是硬道理。
云端芯片廠商期冀著能分食必然擴張的數據中心市場蛋糕，終端芯片廠商在碎片化的應用場景中探索最合適的棲身之所。
AI芯片仍在向上發展，洗牌期尚未到來。站在2020年的終點，我們可以通過十個關鍵詞，概覽AI芯片領域這一年的光景。
1.A100
因為疫情，2020年5月，在英偉達年度最重要的GTC大會上，英偉達創始人兼CEO黃仁勛老黃將自家廚房改成了新品發布會及“玩梗”現場。廚房本身似在悄悄與“刀法精準”的名梗相映襯，當老黃打開烤箱端出新品時，又似在官方印證N牌“核彈廠”出品的GPU的確可以燒菜甚至炸廚房。A100，AI芯片“一號玩家”英偉達孕育了三年的旗艦計算GPU新品，一經問世便猶如驚雷，引入結構化稀疏后，AI訓練峰值算力達312TFLOPS，AI推理峰值算力達1248TOPS，均較上一代Volta架構GPU提升20倍，實現了英偉達史上最大的性能飛躍。
▲NVIDIA A100 GPU較上一代V100性能提升20倍
搭載8個A100的英偉達DGX A100系統，單節點AI算力達到創紀錄的5PFLOPS，5個DGX A100組成的一個機架，算力可媲美一個AI數據中心。根據老黃現場算賬數據，確實應了著名slogan“買得越多，省得越多”。當一眾廠商還在拿英偉達上一代旗艦計算產品Tesla V100作為比較的標桿，英偉達A100已經一腳踏入新紀元。
2.麒麟9000
與英偉達的意氣風發截然相反，華為卻長久籠罩于國際貿易紛爭的陰云之中，被強制按下造芯的剎車鍵。2020年5月15日，美國商務部宣布修改出口管制規定，要求只要使用美國相關技術及軟件的海外公司向華為及關聯公司供應芯片，都需先取得美國政府的許可。8月17日，美國再次收緊限令，宣布將華為38家子公司列入“實體清單”，并要求華為或子公司從美國以外的第三方公司購買芯片也需獲得許可。
▲美國商務部官網聲明截圖
從此以后，除非獲得美國政府許可，否則華為不能自主造芯，也無法從第三方購買芯片。回顧2018、2019年，華為麒麟系列芯片都躋身于全球最強手機AI芯片之林，與蘋果、高通一較高下。但如果未來美國政府不松開對華為的枷鎖，那么搭載于華為最新一代旗艦手機的麒麟9000芯片，將成為華為海思的最后一代麒麟芯片，麒麟芯片系列的光輝戰績也將暫停更新。更令人唏噓的是，在美國政策的圍堵下，作為中國第一大芯片設計公司的華為海思，2020年無奈掉出了全球半導體公司TOP15榜單。這場突如其來的“芯劫”之后，華為海思未來的路怎么走？華為如何在逆境中求解？這些問題都是業界關注的焦點。
3.蘋果M1
從2010年蘋果第一次推出自研A4手機芯片算起，今年蘋果推出首款自研電腦芯片，恰好相隔十年。蘋果不是第一次造芯，也不是第一家設計基于Arm的PC處理器的公司，但它研發的M1芯片依然獲得了全世界的關注。2020年6月，蘋果宣布將推出自研Mac芯片，在蘋果所有產品之間建立通用架構。5個月后，蘋果正式亮劍，推出三款采用Mac電腦新品，全部搭載蘋果首款自研Mac芯片——M1。M1是一顆采用5nm工藝、包含160億個晶體管的SoC，內置每秒可執行11萬次操作的16核神經引擎，并展示出極具競爭力的能效比。在M1芯片支持下，新款Macbook Pro續航時間長達20小時。
▲蘋果M1芯片特性
蘋果用實際行動證明，全球頂級消費電子巨頭不僅能造芯，而且具備設計出業界一流芯片的硬核實力。M1芯片的問世，不僅進一步擴大蘋果的自研芯片版圖，也使得蘋果接過為Arm處理器扛旗的重任，成為最有希望突圍PC界x86生態的主力軍。
4.5nm
2020年9-12月，蘋果A14、華為麒麟9000、三星獵戶座1080、高通驍龍888這四大手機AI芯片先后亮相，組成了5nm量產落地的首發陣容。從此，智能手機正式進入5nm時代。
▲2020年首發的4款5nm手機芯片性能對比
其中，前兩者采用臺積電5nm工藝，已伴隨著旗艦手機的銷售而上市；后兩者均基于三星5nm工藝，供應的手機尚未落地。這四款AI芯片的性能進展關乎架構升級，也離不開制程工藝的迭代。盡管因受美國限制，臺積電暫時無法繼續支持其第二大客戶華為芯片的生產，但由于在7nm節點打了漂亮的勝仗，臺積電絲毫不缺補位的訂單。而在7nm商用“趕了晚集”之后，三星正蓄勢待發，意圖拿下更多5nm市場。5nm市場方興未艾，3nm試產工作也在有序進行。據傳蘋果已經預定了臺積電3nm首批產能，將于2022年量產。
5.破產
有的公司勢如破竹，有的公司卻瀕臨絕境。2020年4月，外媒爆料稱，美國AI芯片明星創企Wave Computing成為疫情期間第一家申請破產保護的AI芯片公司。這家成立于2010年的初創公司，曾在AI芯片領域名噪一時，專注于通過實現據流驅動技術的軟件可動態重構處理器（CGRA）架構，加速從數據中心到邊緣的AI深度學習計算。2018年6月，Wave Computing收購老牌半導體IP公司MIPS，計劃通過將數據流架構與MIPS嵌入式RISC多線程CPU核心和IP相結合，為下一代AI提供了動力。
▲Wave Computing的AI+MIPS業務線
然而我們還未見到Wave Computing推出比市面上其他芯片更具優勢的新產品，反而等來了申請破產保護的壞消息。
6.上市
2020年7月20日上午，國內AI芯片設計明星獨角獸寒武紀正式在A股科創板上市，成為國內首個完全聚焦于AI專用芯片研發的科創板上市公司。寒武紀計劃將IPO募集資金用于新一代云端訓練芯片、推理芯片、邊緣AI芯片及系統項目和補充流動資金，并在招股書中透露其7nm云端智能芯片思元290已回片，理論峰值性能與華為昇騰910相當，預計在2021年將形成規模化收入。
▲寒武紀主要產品
上市首日，寒武紀市值一度突破1000億人民幣，但后續市值下跌，截至發稿日低于700億人民幣。繼寒武紀上市后，云知聲、依圖、云天勵飛陸續披露招股書，這些知名的人工智能初創公司有一大共性特點，就是均將造芯視作提升競爭力的關鍵舉措。
7.融資潮
2020年人工智能熱度有所退減，整體投資規模和融資事件數量明顯回落，但AI硬件界投資依然熱情高漲，其中不乏十分“吸金”的融資黑馬。其中單筆融資超10億人民幣的AI芯片公司中，有兩家成立還不到一年的初創公司。一家是由前京東方集團董事長王東升、前三星集團大中華區總裁張元基在北京創立的奕斯偉計算，2020年6月完成由君聯資本、IDG資本等投資的超20億元B輪融資。另一家是由知名連續創業者張文、前阿里云AI基礎架構總監徐凌杰等在上海創辦的壁仞科技，于2020年6月完成由啟明創投、IDG資本等投資的11億元A輪融資，刷新了國內高端芯片設計業A輪融資規模的記錄。
▲奕斯偉計算（左）、壁仞科技（右）融資情況（來源：企查查）
此外，由吉利控股集團戰略投資、獨立運營的億咖通科技，知名AI獨角獸依圖科技、云天勵飛和地平線，也均在今年拿下單筆超10億元或接近10億元的融資。根據工銀投行數據，2019年國內AI芯片領域投資金額達58.57億元，同比增幅超過90%。而2020年公開的AI芯片總融資額已超過了2019年全年。
8.超級并購
創企忙著吸金，巨頭卻大筆撒錢。2020年9月，英偉達宣布將以400億美元從日本軟銀集團手中收購英國芯片設計公司Arm。1個月后，AMD宣布將以總價值350億美元的全股票交易收購全球第一大FPGA廠商賽靈思。
▲英偉達收購Arm官方聲明
這兩筆巨額收購交易不僅官宣時間接近、數額高昂，而且都是在橫向擴張版圖，通過購買公司獲得一個原本不具備的成熟技術及團隊。如果英偉達收購Arm成功，將在GPU業務的基礎上補上CPU業務這重要一環；如果AMD收購賽靈思成功，則將兼具CPU、GPU、FPGA研發能力，并補充加速AI應用的實力。這些動作，都指向了異構計算正成為主流趨勢的數據中心市場。一旦兩筆收購順利完成，如無意外，未來較長一段時間內，數據中心、高性能計算領域將呈現英特爾、英偉達、AMD三足鼎立的格局。
9.數據中心加速
面向數據中心的AI芯片戰火正愈燃愈烈。英偉達推出A100后火力全開，英特爾去年年底憑借收購AI芯片創企Habana Labs而直接擁有的AI芯片訓練芯片Gaudi也開始在亞馬遜AWS落地，知名英國IP供應商Imagination也推出了能擴展至數據中心的多核GPU IP新品。初創公司也在蓄力中。在國外，將暴力美學發揮到極致的美國創企Cerebras公布擁有85萬個AI優化內核、2.6萬億晶體管的第二代巨型晶圓級芯片（WSE），英國AI芯片獨角獸Graphcore加入了中國云服務巨頭阿里、百度的生態圈，SambaNova獲得由貝萊德、英特爾資本等投資的2.5億美元新融資。
▲Cerebras第二代巨型晶圓級芯片
在國內，鯤云科技推出面向邊緣和云端的首款數據流AI推理芯片CAISA，燧原科技在推出首款云端推理芯片后兼具云端訓練+云端推理完整解決方案，寒武紀中標3億元南京智能計算中心項目，比特大陸正基于其自研云端AI芯片為各智慧城市打造AI算力中心。此外，壁仞科技、登臨科技、天數智芯等芯片創企都在積極布局通用GPU（GPGPU）賽道。不過，在一眾芯片廠商涌向數據中心時，去年因自研造芯而打得一片火熱的云服務供應商，今年卻鮮少發布新一代芯片產品，唯見亞馬遜AWS在今年12月初推出其自研云端AI訓練定制芯片AWS Trainium。
10.量產落地
2019年推出的一系列芯片新品，在2020年進入了落地的關鍵時期，多家芯片公司紛紛公布了其芯片量產落地的成績單。例如在云端，百度宣布其自研云端AI通用芯片百度昆侖1已量產約2萬片，性能相比T4 GPU提升1.5~3倍，百度昆侖2預計2021年上半年量產，性能較昆侖1提升3倍。
▲百度昆侖1芯片與英偉達T4 GPU性能對比
在邊緣和端側，地平線自動駕駛芯片征程2出貨量突破10萬，知存科技的首款輕量級存算一體芯片在今年9月批量試產，光子算數的光電混合AI加速計算卡已將成測試級的產品，清微智能的多模態智能計算芯片迄今出貨數十萬顆，專注于端側AI SoC的億智電子迄今已有超過百萬顆芯片量產落地。選擇不同應用場景的芯片公司，都面臨著規模落地的挑戰與機遇。云端市場擴張快但巨頭云集、競爭激烈，終端市場偏碎片化，需要芯片公司找到更契合自身優勢的細分賽道、做出能更好滿足整個細分場景需求的垂直方案。
11.結語：你好，2021
2020年進入尾聲，這一年，AI芯片喜憂參半。有芯片巨頭亮出重磅新品，有多家創企迎來芯片量產落地，有的玩家喜得新融資，有的玩家卻在逆境中艱難跋涉。不可否認的是，2020年是AI芯片發展極為關鍵的一年。更多AI芯片玩家開始籌備IPO上市，多家公司的AI芯片進入量產，大量資本仍在追逐下注。可以看到，接下來，AI芯片仍是人工智能產業前進所不可或缺的推動力之一，其價值正在更多參與公司的發展和落地過程中不斷被驗證。2021年會變得更好嗎？答案未知，但無論是研究人員、企業領袖還是工程師們，都在保持前行，試圖從技術創新中拼搏一個未來。
