陳天石：中國AI從“芯”開始
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機氣林電商有話說：
寒武紀成了全球炙手可熱的AI芯片廠商，在未來數(shù)年，全世界有數(shù)億終端設(shè)備有望通過集成寒武紀處理器來獲得強大的本地智能處理能力。
文 江川（北京）
翻開寒武紀的創(chuàng)業(yè)史，我們有一個驚人的發(fā)現(xiàn)：這家成立于2016年的創(chuàng)新型科技企業(yè)，在3年的時間內(nèi)開創(chuàng)了7個“全球第一”：研發(fā)了全球第一個深度學(xué)習(xí)處理器架構(gòu)（DianNao）、全球第一個多核深度學(xué)習(xí)處理器架構(gòu)（DaDianNao）、全球第一個通用機器學(xué)習(xí)處理器架構(gòu)（PuDianNao）、全球第一個深度學(xué)習(xí)處理器原型芯片（寒武紀）、全球第一個智能處理器專用指令集（寒武紀指令集）、全球第一個商用智能處理器IP產(chǎn)品（寒武紀1A處理器），賦能全球第一個人工智能手機芯片（華為麒麟970芯片）。
作為全球智能芯片領(lǐng)域的先行者，寒武紀是第一個成功流片（批量生產(chǎn)實物芯片）并擁有成熟產(chǎn)品的智能芯片公司。業(yè)內(nèi)人士如此評價，寒武紀在深度學(xué)習(xí)處理器指令集上的開創(chuàng)性進展，為我國占據(jù)智能產(chǎn)業(yè)生態(tài)的領(lǐng)導(dǎo)性地位提供了技術(shù)支撐。深度學(xué)習(xí)處理器已經(jīng)成為計算機體系結(jié)構(gòu)國際會議ISCA最關(guān)注的研究方向之一。ISCA 2016上有近1/6的論文引用寒武紀的工作來進行深度學(xué)習(xí)處理器探索。
與一些國內(nèi)AI芯片公司專注于單點應(yīng)用或平臺不同，寒武紀立志做AI領(lǐng)域的通用芯片。陳天石表示，目前寒武紀擁有終端智能處理器IP和云端智能芯片兩條產(chǎn)品線?！拔磥恚覀儗⒊掷m(xù)按照獨立芯片公司的技術(shù)路徑走下去，將端和云的智能處理徹底打通。在人工智能整個生態(tài)鏈上，服務(wù)廣大云計算、大數(shù)據(jù)、服務(wù)器廠商，服務(wù)互聯(lián)網(wǎng)公司，服務(wù)行業(yè)巨頭，為下游廠商提供不同尺寸、面向不同應(yīng)用場景的終端AI處理器IP以及覆蓋inference和training的不同處理能力的云端智能芯片。”
中國AI產(chǎn)業(yè)從此踏上新征程。
打虎親兄弟，寒武紀書寫中國芯片傳奇
在過去很多年里，中國的芯片一直依賴進口。據(jù)工信部的數(shù)據(jù)顯示，2013年我國集成電路進口高達2313億美元，同比增長20.5%。事實上，中國有十余年集成電路進口額超過石油，長期居各類進口產(chǎn)品之首。而到2014年為止，我國每年生產(chǎn)全球77%的手機，然而自主芯片卻不到3%。全球半導(dǎo)體市場規(guī)模超過3000億美元，而國內(nèi)制造的芯片只占國內(nèi)市場份額的不到10%。因為不能自主制造芯片，所以損失訂單的80%收益。直到2016年寒武紀的出現(xiàn)，才徹底改變了中國芯片受制于人的窘境。
寒武紀是中科院計算所孵化的企業(yè)，由來自江西南昌的陳云霽、陳天石兄弟倆共同創(chuàng)立。陳氏兄弟可謂少年天才，哥哥陳云霽生于1983年，9歲就上了南昌十中，14歲便考入中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)少年班，24歲已取得中科院計算所博士學(xué)位，29歲晉升為研究員，33歲榮獲中國青年科技獎和中科院青年科學(xué)家獎。弟弟陳天石生于1985年，16歲考入中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)少年班，25歲獲得中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)計算機學(xué)院工學(xué)博士學(xué)位，歷任中國科學(xué)院計算技術(shù)研究所助理研究員、副研究員、研究員（正教授）和博士生導(dǎo)師。在處理器架構(gòu)和人工智能領(lǐng)域深耕十余年，是國內(nèi)外學(xué)術(shù)界享有盛譽的杰出青年科學(xué)家，曾獲國家自然科學(xué)基金委員會“優(yōu)青”、中國計算機學(xué)會科學(xué)技術(shù)一等獎、CCF-Intel青年學(xué)者獎、中國計算機學(xué)會優(yōu)秀博士論文獎等榮譽。
兄弟倆的導(dǎo)師是“龍芯之父”——龍芯中科總裁胡偉武教授。陳云霽從2002年開始跟隨胡偉武做龍芯CPU，一干就是12年。龍芯CPU是中國第一代國產(chǎn)CPU，其意義可以上升到國家戰(zhàn)略層面。目前使用龍芯CPU芯片的企業(yè)超過500家。
陳氏兄弟的博士研究方向不同，陳云霽主攻芯片研究，陳天石聚焦人工智能。2008年，陳氏兄弟決定聯(lián)手做人工智能和芯片設(shè)計的交叉研究。促使他們做出這一決定的，是當時的產(chǎn)業(yè)環(huán)境。其實在2007 年以前，由于當時算法、數(shù)據(jù)量等因素，這個階段的 AI 芯片并沒有特別強烈的市場需求，通用的 CPU 芯片即可滿足應(yīng)用需要。但是2007年以后，隨著高清視頻、VR、AR游戲等行業(yè)的發(fā)展，通用的 CPU 芯片無法滿足應(yīng)用需要，GPU 的并行計算特性恰好適應(yīng)人工智能算法及大數(shù)據(jù)并行計算的需求，且在深度學(xué)習(xí)算法的運算上比CPU提高幾十倍的效率。進入 2010 年后，云計算廣泛推廣，人工智能的研究人員可以通過云計算借助大量 CPU 和 GPU 進行混合運算，進一步推進了 AI 芯片的深入應(yīng)用，從而催生了各類 AI 芯片的研發(fā)與應(yīng)用。
在隨后的2012年，法國國家信息與自動化研究所（Inria）的Olivier Temam教授第一次提出了AI加速器的概念，并與陳氏兄弟啟動了DianNao項目，這也是寒武紀的技術(shù)來源。接著在2013-2015年期間，DianNao項目一共發(fā)布了四篇與AI加速器有關(guān)論文，包括：深度學(xué)習(xí)處理器、多片版本的深度學(xué)習(xí)處理器、攝像頭智能識別處理器、以及通用機器學(xué)習(xí)處理器。2016年，陳氏兄弟推出了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)通用指令集DianNaoYu，這也是寒武紀自主研發(fā)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)專用指令集Cambricon ISA的前身。
但是實驗室的成就并不是陳氏兄弟的目標，他們要讓科研成果走出實驗室，給大家?guī)砩钌系母淖儭?016年3月，北京中科寒武紀科技有限公司在中關(guān)村(7.270, -0.06, -0.82%)注冊成立，并獲得千萬級天使投資。
牛刀初試，首款產(chǎn)品擊敗蘋果
在技術(shù)和資金的雙輪驅(qū)動下，寒武紀在成立當年就發(fā)布了世界首款商用深度學(xué)習(xí)專用處理器（Cambricon-1A），面向智能手機、安防監(jiān)控、可穿戴設(shè)備、無人機和智能駕駛等各類終端設(shè)備，并入選第三屆世界互聯(lián)網(wǎng)大會（烏鎮(zhèn)）評選的十五項“世界互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)先科技成果”。
寒武紀1A處理器支持視覺、語音、自然語言處理等多種智能任務(wù)，一經(jīng)推出便被華為看中，集成到麒麟970處理器中，應(yīng)用在華為Mate10手機中。這是中國手機行業(yè)首次引入人工智能概念，麒麟970處理器因此名聲大噪，而寒武紀也因此一炮而紅，拿到了上億元的訂單。
“寒武紀1A深度神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)處理器就是在計算機里用虛擬的神經(jīng)元和虛擬的突觸把他們聯(lián)結(jié)在一起，構(gòu)成多層次的人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)。這些神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)具有非常好的效果，比如在語音識別和視頻識別領(lǐng)域里，它的識別精度已經(jīng)超越了人類?！标愄焓榻B，“為了讓這個深度神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)連接更快，我們設(shè)計了專門的存儲結(jié)構(gòu)，還設(shè)計了完全不同于通用CPU的指令集，因此它變得非常非常快，每秒可以處理160億個神經(jīng)元和超過2萬億個突觸，可以跟蘋果產(chǎn)品一較高下。”
后來的事實證明，就在2016年，搭載寒武紀1A的華為麒麟970靠每分鐘識別2005張照片擊敗了蘋果A11芯片每分鐘的889張照片。寒武紀1A處理器依靠最先進的、稀疏化的技術(shù)，四兩撥千斤，讓華為Mate10的智能處理速度打敗了強大的蘋果iphoneX。
寒武紀1A處理器可以說是目前最早量產(chǎn)的、出貨量最多的AI芯片IP。目前麒麟970已經(jīng)搭載了在華為Mate 10、P20、榮耀V10這三系列手機產(chǎn)品上，累計出貨量達數(shù)千萬臺。
由端入云，主導(dǎo)AI產(chǎn)業(yè)生態(tài)
繼2016年成功推出1A之后，資本紛紛聚焦寒武紀。2017年，寒武紀完成了1億美元A輪融資，由聯(lián)想創(chuàng)投、阿里巴巴創(chuàng)投、國投創(chuàng)業(yè)，國科投資、中科圖靈、元禾原點(天使輪領(lǐng)投方)、涌鏵投資(天使輪投資方)聯(lián)合投資。在這一輪融資完成后，寒武紀的估值已經(jīng)達到10億美元，迅速發(fā)展成為國內(nèi)首屈一指的AI獨角獸。
而所有的融資都是為了更快推出新產(chǎn)品。2018年5月，寒武紀發(fā)布了第三代IP產(chǎn)品1M，在TSMC 7nm工藝下8位運算的效能比達5Tops/watt （每瓦5萬億次運算），提供三種規(guī)模的處理器核（2Tops/4Tops/8Tops）以滿足不同應(yīng)用場景下不同量級的智能處理需求，并可通過多核互聯(lián)進一步提高性能。
寒武紀1M延續(xù)了寒武紀前兩代IP產(chǎn)品（寒武紀1H/1A）的完備性，單個處理器核即可支持CNN、RNN、SOM等多樣化的深度學(xué)習(xí)模型，并更進一步支持SVM、k-NN、k-Means、決策樹等經(jīng)典機器學(xué)習(xí)算法，支持本地訓(xùn)練，為視覺、語音、自然語言處理以及各類經(jīng)典的機器學(xué)習(xí)任務(wù)提供了靈活高效的計算平臺，可廣泛應(yīng)用于智能手機、智能音箱、智能攝像頭、智能駕駛等不同領(lǐng)域當中。
與此同時，Cambricon MLU100云端智能芯片也首次亮相。MLU100采用寒武紀最新的MLUv01架構(gòu)和TSMC 16nm的先進工藝，可工作在平衡模式（1GHz主頻）和高性能模式（1.3GHz主頻）下，平衡模式下的等效理論峰值速度達每秒128萬億次定點運算，高性能模式下的等效理論峰值速度更可達每秒166.4萬億次定點運算，但典型板級功耗僅為80瓦，峰值功耗不超過110瓦。
與寒武紀系列終端處理器一樣，MLU100云端芯片仍然延續(xù)了寒武紀產(chǎn)品一貫出色的通用性，可支持各類深度學(xué)習(xí)和經(jīng)典機器學(xué)習(xí)算法，充分滿足視覺、語音、自然語言處理、經(jīng)典數(shù)據(jù)挖掘等領(lǐng)域復(fù)雜場景下（如大數(shù)據(jù)量、多任務(wù)、多模態(tài)、低延時、高通量）的云端智能處理需求。寒武紀終端和云端產(chǎn)品均原生支持寒武紀NeuWare軟件工具鏈，可以方便地進行智能應(yīng)用的開發(fā)，遷移和調(diào)優(yōu)。
陳天石表示，寒武紀創(chuàng)立的初衷就是要讓全世界都能用上智能處理器。寒武紀將秉承學(xué)術(shù)界開放、協(xié)作的精神，以處理器IP授權(quán)的形式與全世界同行共享寒武紀最新的技術(shù)成果，使全球客戶能夠快速設(shè)計和生產(chǎn)具備人工智能處理能力的芯片產(chǎn)品；寒武紀在技術(shù)上貫徹“端云協(xié)作”的理念， MLU100云端芯片，不僅可獨立完成各種復(fù)雜的云端智能任務(wù)，更可以與寒武紀1A/1H/1M系列終端處理器完美適配，讓終端和云端在統(tǒng)一的智能生態(tài)基礎(chǔ)上協(xié)同完成復(fù)雜的智能處理任務(wù)。
寒武紀為什么要由端入云？陳天石表示，端側(cè)的智能處理是非常重要的，因為端可以最快速的響應(yīng)用戶的需求，能以非常低的功耗、非常低的成本、非常小的延遲，幫助用戶理解圖像、視頻、語音和文本。但是，云側(cè)的智能處理可以把很多端的信息匯聚在一起。比如，在一個城市中有大量的攝像頭，如果想要知道一個特定的物體在多個攝像頭間的運動軌跡，就需要在云側(cè)進行智能處理。 另外，終端的數(shù)據(jù)量有限，只能根據(jù)單個用戶的數(shù)據(jù)對機器學(xué)習(xí)模型進行微調(diào)。而云可以看到大量用戶的數(shù)據(jù)。因此，云端的智能處理在數(shù)據(jù)方面有其不可替代的巨大優(yōu)勢，可以利用海量數(shù)據(jù)(19.190, -0.12, -0.62%)，訓(xùn)練出非常強大的模型。
“過去大部分芯片廠商都是主攻端（例如ARM），或者主攻云（例如Intel）。兩者兼顧的很少，因為端云的任務(wù)生態(tài)都區(qū)別比較大。但是智能時代，我們認為這個局面會被全面打破，因為端和云的AI任務(wù)是一體的，編程和使用的生態(tài)也是一致的。作為一個通用機器學(xué)習(xí)芯片的廠商，寒武紀就是要端云結(jié)合，共同推動生態(tài)。”
2018年6月，寒武紀完成了數(shù)億美元的B輪融資，投后估值25億美元。該輪融資中，領(lǐng)頭方清一色國家隊背景基金，由中國國有資本風(fēng)險投資基金、國新啟迪、國投創(chuàng)業(yè)、國新資本聯(lián)合領(lǐng)投。新一輪跟投入場的則有中金資本、中信證券(17.530, 0.06, 0.34%)投資&金石投資、TCL資本，以及中科院科技成果轉(zhuǎn)化基金。老股東元禾原點、國科投資、阿里創(chuàng)新投、聯(lián)想創(chuàng)投、中科圖靈等也不同程度繼續(xù)追加了投資。
“未來3年的路線圖是占領(lǐng)10億智能終端。3年后力爭占據(jù)中國高性能智能芯片市場的30%份額；以及，3年后力爭將寒武紀終端智能處理器集成進入超過10億臺設(shè)備。若是這兩個目標都能實現(xiàn)，預(yù)計寒武紀，將在3年后初步支撐起中國主導(dǎo)的智能產(chǎn)業(yè)生態(tài)?！标愄焓硎?，芯片的成敗，除了本身的效率之外，生態(tài)是非常關(guān)鍵的方面。沒有配套的應(yīng)用和軟件，很難在市場上獲得成功。“過去我們國內(nèi)企業(yè)起步晚，一直是國際生態(tài)的跟隨者。我們?nèi)谌脒@個生態(tài)，享受這個紅利，但我們并不能有多大的力量去改變這個生態(tài)。但是在智能時代，大家都在同樣的起跑線上，要敢為天下先，敢于提出并共同構(gòu)建全新的智能生態(tài)。光有寒武紀是不夠的，寒武紀將與中國AI公司攜手，致力共同構(gòu)建中國全新的智能生態(tài)，在硬件的指令集和軟件的開發(fā)平臺上下功夫，在端云結(jié)合上下功夫，在商業(yè)協(xié)作上下功夫。只要國產(chǎn) AI 指令集立住了，中國主導(dǎo)世界 AI 產(chǎn)業(yè)的機會可能就到來了?！?br/> 寒武紀成了全球炙手可熱的AI芯片廠商，在未來數(shù)年，全世界有數(shù)億終端設(shè)備有望通過集成寒武紀處理器來獲得強大的本地智能處理能力。希望以寒武紀為代表芯片創(chuàng)新企業(yè)，在全球芯片產(chǎn)業(yè)鏈中，爭奪一定的話語權(quán)。
值得一提的是，得益于國家政策的大力扶持，中國集成電路產(chǎn)業(yè)正處于一個快速發(fā)展階。據(jù)國家統(tǒng)計局最新的數(shù)據(jù)顯示，2017年中國集成電路產(chǎn)量達到1564.6億塊，同比增長18.7%，實現(xiàn)總營收4335.5億元，同比增長20.1%。而到2020年，中國集成電路產(chǎn)業(yè)規(guī)模將超過9000億元，年均復(fù)合增長率高達20.8%。
早在2014年，“集成電路”作為關(guān)鍵詞首次出現(xiàn)在政府工作報告中。當年，國務(wù)院就印發(fā)了《國家集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進綱要》，將集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展上升為國家戰(zhàn)略，并明確了“十三五”期間國內(nèi)集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重點及目標。在2018年的政府工作報告中，集成電路產(chǎn)業(yè)在“加快制造強國建設(shè)”重點發(fā)展的產(chǎn)業(yè)中被放在首要位置。
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