寒武紀(jì)科技創(chuàng)始人及CEO陳天石此前在一次公開(kāi)活動(dòng)上提到這樣一個(gè)小八卦：谷歌大腦項(xiàng)目用了1. 6 萬(wàn)個(gè)CPU核跑了 7 天才完成貓臉識(shí)別。

講這個(gè)八卦的意圖在于說(shuō)明，CPU/GPU用于智能信息處理效率十分低下，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理器是迄今為止最好解決方案。

麻省理工斯隆管理學(xué)院教授埃里克·布萊恩約弗森在《第二次機(jī)器革命》一書(shū)提到，創(chuàng)新所做的真正工作并不是提出什么大的和新鮮的事物，而是把已經(jīng)存在的事物重組起來(lái)。

手機(jī)處理器能不能把CPU/GPU和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理器結(jié)合(NPU)在一起，讓手機(jī)同時(shí)具備三者的優(yōu)勢(shì)?這是過(guò)去幾年半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)在探索的一個(gè)課題。

11 月中旬三星發(fā)布了旗艦處理器Exynos9820 處理器晶片組，預(yù)計(jì)將會(huì)在年底量產(chǎn)，在明年年初Galaxy S10 系列旗艦機(jī)上使用。Exynos9820 最大的賣(mài)點(diǎn)在于，終于有獨(dú)立的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理單元(NPU)，這讓裝置內(nèi)AI運(yùn)算速度比前代快了 7 倍。

這僅僅只是今天移動(dòng)處理器市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的一個(gè)小切口。從華為、蘋(píng)果、聯(lián)發(fā)科的初露鋒芒，再到高通、三星的迎頭趕上。

半導(dǎo)體巨頭們用回旋激蕩的你追我趕，改變了“Tick-Tock”鐘擺定律的線(xiàn)形增長(zhǎng)趨勢(shì)，直接讓手機(jī)處理器市場(chǎng)邁入AI能力競(jìng)爭(zhēng)的新階段。

華為的激進(jìn)

獨(dú)立AI處理單元的競(jìng)爭(zhēng)起源于 2017 年 9 月。 9 月 2 日，在德國(guó)IFA2017 舉辦期間，華為正式發(fā)布全球首款人工智能移動(dòng)計(jì)算平臺(tái)麒麟970。

之所以稱(chēng)之為“人工智能移動(dòng)計(jì)算平臺(tái)”是因?yàn)?，麒?970 第一次搭載了寒武紀(jì)的NPU——NPU和CPU、GPU的功能是相對(duì)應(yīng)的，指的是就是在傳統(tǒng)手機(jī)芯片核心CPU、GPU、ISP、DSP等基礎(chǔ)上，加上一顆用于神經(jīng)元計(jì)算的獨(dú)立處理單元，英文名 Neural Network Processing Unit，簡(jiǎn)稱(chēng) NPU，中文含義為“神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)”。

10 天后，蘋(píng)果發(fā)布iPhone X，A12 處理器上同樣搭載了芯片設(shè)計(jì)方面跟進(jìn)華為集成類(lèi)似NPU模塊。這時(shí)業(yè)內(nèi)才發(fā)現(xiàn)，獨(dú)立神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理器已經(jīng)成了潮流。

華為為了搶NPU世界第一這個(gè)旗號(hào)，動(dòng)作非常激進(jìn)，特意把發(fā)布會(huì)提前到了蘋(píng)果iPhone X的前面。之后甚至也能看到一大批《蘋(píng)果A12 處理器跟進(jìn)華為集成NPU，手機(jī)AI設(shè)計(jì)看中國(guó)》的類(lèi)似文章出現(xiàn)。

事實(shí)上，蘋(píng)果和華為的規(guī)劃幾乎是在同期展開(kāi)的。并不存在誰(shuí)學(xué)誰(shuí)的問(wèn)題，華為的激進(jìn)，目的在于做大國(guó)產(chǎn)芯片的市場(chǎng)口碑。搶到“全球首款獨(dú)立AI處理單元”的發(fā)布，這對(duì)麒麟處理器的營(yíng)銷(xiāo)會(huì)有極大增益。

不可否認(rèn)的是，華為這種策略推動(dòng)了半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)對(duì)獨(dú)立神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理單元的重視，也加劇了這個(gè)產(chǎn)業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)。華為也愿意在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理單元軍備競(jìng)賽中和其他企業(yè)“打?qū)κ峙?rdquo;。在今年 3 月，聯(lián)發(fā)科推出搭載雙核APU處理器單元的P60 之后，華為 9 月又在德國(guó)IFA展上發(fā)布了麒麟980，同樣搭載了雙核NPU。

這種軍備競(jìng)賽的策略，雖然有時(shí)會(huì)超出當(dāng)下需要，但是卻通過(guò)這種“過(guò)度競(jìng)爭(zhēng)”的方式，讓獨(dú)立神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理單元得到了普及。

至此，有沒(méi)有獨(dú)立用于AI計(jì)算的處理單元，已經(jīng)成了考驗(yàn)手機(jī)處理器的核心要素。

和兩三年前手機(jī)處理器僅僅是性能堆疊不太一樣，獨(dú)立神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理單元的出現(xiàn)讓性能堆疊的線(xiàn)形競(jìng)爭(zhēng)又上升了一個(gè)維度。

高通的保守

雖然華為很激進(jìn)，相比行業(yè)其他廠商，高通顯得保守、遲疑很多。

在 2017 年年底亮相后，眾人大跌眼鏡，驍龍 845 基本還是沿襲上一代驍龍 835 的架構(gòu)。在AI方面，高通驍龍 845 并沒(méi)有專(zhuān)用于處理AI任務(wù)的NPU，而是拿出原本做ISP影像處理的Hexagon 685 DSP來(lái)處理AI應(yīng)用，性能不夠的時(shí)候再轉(zhuǎn)換使用GPU來(lái)應(yīng)付。

在AI和拍照同時(shí)工作這類(lèi)重載場(chǎng)景，本來(lái)這些模塊就已經(jīng)處于負(fù)荷比較大的狀態(tài)，再增加AI訴求，必然會(huì)對(duì)整個(gè)運(yùn)行效率造成影響，不僅會(huì)拖慢速度，還比較耗電。

不管怎么說(shuō)，高通還是通過(guò)這種曲線(xiàn)救國(guó)的策略支援上了AI功能。那么，高通為什么不愿意在高通驍龍 845 上加入NPU模塊呢?

我們可以從很多細(xì)節(jié)處找到答案。雷軍在小米MIX2S發(fā)布前夕，曾在微博上透露驍龍 845 芯片加上17%的進(jìn)口增值稅后，成本為 500 多元，是驍龍 660 芯片的三倍多——這個(gè)價(jià)格已經(jīng)是非常高昂了。

業(yè)內(nèi)分析，如果其中增加一塊單獨(dú)的NPU模組，勢(shì)必要將芯片架構(gòu)打亂，而且還會(huì)產(chǎn)生額外的研發(fā)、專(zhuān)利以及物料成本。

其實(shí)成本上升還是小事，高通作為安卓陣營(yíng)的龍頭老大，驍龍 845 旗艦處理器要供應(yīng)給上十家手機(jī)企業(yè)，這些手機(jī)企業(yè)眾口難調(diào)，有些企業(yè)講究性?xún)r(jià)比，并不一定愿意上NPU。有些企業(yè)愿意上，卻還要派出人和高通一起駐場(chǎng)適配，企業(yè)不一定能抽掉人手。

高通可能自己也清楚NPU是大方向，但面臨不同企業(yè)的不同訴求，選擇不上NPU還是最經(jīng)濟(jì)、最實(shí)惠、最便捷的方案。

高通保守的原因，大概率還是因?yàn)樵谑袌?chǎng)地位穩(wěn)固，變革的動(dòng)力相對(duì)不足。外加之前要應(yīng)付博通的并購(gòu)、反壟斷調(diào)查導(dǎo)致利潤(rùn)承壓，失去了對(duì)市場(chǎng)的敏感度。

不過(guò)，在今年年中，高通看到行業(yè)形勢(shì)變化，還是迅速反應(yīng)過(guò)來(lái)，對(duì)外透露了內(nèi)建NPU模塊處理器的計(jì)劃，包含驍龍 710 的下一代 720 及在明年初的旗艦處理器 8150 上也都會(huì)加入NPU模塊。

高通的加入雖然有被動(dòng)因素，卻可以看作是對(duì)獨(dú)立神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理單元的最佳認(rèn)可，有助于把整體市場(chǎng)做大。

聯(lián)發(fā)科的求變

在華為、蘋(píng)果、高通、三星那里，獨(dú)立神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理單元被稱(chēng)作為NPU，聯(lián)發(fā)科則是進(jìn)一步改進(jìn)獨(dú)立AI硬件處理單元，并展開(kāi)了跨平臺(tái)的延展，并將其稱(chēng)之為APU。

聯(lián)發(fā)科在今年 3 月發(fā)布了P60 處理器。這款處理器因?yàn)榈凸摹⒏咝阅?、AI逆光拍照等特性，發(fā)布之后不久就被OPPO、vivo這類(lèi)大廠選中，成為中高端機(jī)種上搭載的核心處理器。

相比于華為、蘋(píng)果在AI處理單元上的嘗試，P60 直接加入了雙核APU——也就是兩個(gè)獨(dú)立AI處理單元。

而上個(gè)月聯(lián)發(fā)科剛推出的P70 也一樣搭載了雙核APU，而市場(chǎng)傳聞，聯(lián)發(fā)科接下來(lái)下一顆處理器會(huì)有旗艦級(jí)的AI算力，是聯(lián)發(fā)科重點(diǎn)投入的產(chǎn)品，瞄準(zhǔn)的是高通旗艦市場(chǎng)。

聯(lián)發(fā)科已經(jīng)有 1 年多在中高端市場(chǎng)面臨高通的競(jìng)爭(zhēng)壓力，但是這款產(chǎn)品可能會(huì)幫助聯(lián)發(fā)科奪回過(guò)去的中高端市場(chǎng)份額。

之所以叫APU而不叫NPU，其實(shí)已經(jīng)顯示出了聯(lián)發(fā)科對(duì)獨(dú)立AI芯片的思考角度。聯(lián)發(fā)科的開(kāi)創(chuàng)之處在于，它并非是零敲碎打推出AI處理器，它有一套自己的體系。

不同于高通、三星以單核為主，而是可擴(kuò)充，實(shí)現(xiàn)單核到多核的人工智慧處理單元。要知道，未來(lái)手機(jī)上人工智能的操作只會(huì)越來(lái)越多，單核心肯定不夠用，雙核甚至四核是遲早的問(wèn)題，早點(diǎn)上雙核，實(shí)際上是在早做準(zhǔn)備。

多核心的APU同樣也可以適應(yīng)有更豐富的場(chǎng)景應(yīng)用，不僅僅只是照片處理。未來(lái)手機(jī)的AI使用場(chǎng)景也必然是越來(lái)越豐富，面部識(shí)別、面部美化、場(chǎng)景檢測(cè)、手勢(shì)檢測(cè)、系統(tǒng)性能優(yōu)化、語(yǔ)音識(shí)別等場(chǎng)景下，都會(huì)要用到AI功能，多核心的APU可以抽掉出算力去應(yīng)付不同場(chǎng)景不同應(yīng)用，提高手機(jī)的運(yùn)算速度。

APU還支持市場(chǎng)上現(xiàn)有的幾乎所有AI架構(gòu)，和手機(jī)配合在一起，會(huì)有更好的體驗(yàn)。包括Google的TensorFlow、Caffe、Amazon的MXNet、Sony的NNabla等。操作系統(tǒng)方面，聯(lián)發(fā)科同時(shí)支持Android與Linux系統(tǒng)，這對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)智能化的推廣，起到關(guān)鍵的影響。

因?yàn)楝F(xiàn)在越來(lái)越多的智能硬件，如汽車(chē)等都是采用了Linux系統(tǒng)，適應(yīng)不同的AI架構(gòu)，便于把APU推廣到不同的運(yùn)算平臺(tái)上。

Tick-Tock要打破

這也牽扯到了最后一個(gè)問(wèn)題——AI處理器未來(lái)究竟會(huì)有哪些運(yùn)用場(chǎng)景。

隨著5G技術(shù)和AI技術(shù)的串聯(lián)，未來(lái)智能手機(jī)、智慧家庭到自動(dòng)駕駛，甚至AR、VR會(huì)成需要一攬子的解決方案，獨(dú)立神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理單元的跨平臺(tái)需求會(huì)愈加強(qiáng)烈。

中國(guó)AI芯片“小三巨頭”的說(shuō)法——地平線(xiàn)、寒武紀(jì)和深鑒科技三者都是這個(gè)市場(chǎng)的開(kāi)拓者。寒武紀(jì)垂直于手機(jī)業(yè)務(wù)、深鑒科技主要聚焦于安防，地平線(xiàn)則是圍繞智能零售、智慧城市、自動(dòng)駕駛三個(gè)領(lǐng)域提交解決方案。

三小巨頭的出現(xiàn)，恰恰說(shuō)明了處理器市場(chǎng)尋找跨平臺(tái)橫向拓展的市場(chǎng)空間。

APU恰恰主打跨平臺(tái)， 今年年初，聯(lián)發(fā)科在CES發(fā)布了NeuroPilot人工智能平臺(tái)，主攻智能手機(jī)、智能家庭、自駕車(chē)的終端邊緣運(yùn)算。聯(lián)發(fā)科不僅僅整合AI處理器與NeuroPilot SDK軟件開(kāi)發(fā)套件技術(shù)，將AI帶入廣泛的消費(fèi)性產(chǎn)品中。也讓手機(jī)處理器的AI單元和其他消費(fèi)電子產(chǎn)品相連。提前布局APU，其實(shí)也是在為未來(lái)計(jì)算平臺(tái)出現(xiàn)、融合做考慮。

考慮這個(gè)問(wèn)題的不只是聯(lián)發(fā)科，還有三星。韓媒ETNews在今年年初報(bào)道，三星電子LSI事業(yè)部正在開(kāi)發(fā)名為“Exynos Auto”的汽車(chē)芯片，計(jì)劃在今年年底前量產(chǎn)，并將供應(yīng)給奧迪、哈曼等公司，后者已成為三星子公司。

三星Exynos Auto將成為首款內(nèi)置NPU模塊的三星芯片。NPU在汽車(chē)上可用于分析車(chē)內(nèi)圖像傳感器接收到的圖像信號(hào)。因此，它能夠幫助構(gòu)建更高效的ADAS(高級(jí)駕駛員輔助系統(tǒng))，ADAS可用來(lái)識(shí)別車(chē)道和障礙物。

多年以前，英特爾半導(dǎo)體開(kāi)創(chuàng)了“Tick-Tock”鐘擺定律。“工藝年-構(gòu)架年”統(tǒng)治了十余年，每一年處理器也只有感知力極小的線(xiàn)形增長(zhǎng)。

伴隨著“日拱一卒”演進(jìn)，AI芯片終于到了要突破“Tick-Tock”這個(gè)鐵律的階段。

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