手機(jī)AI芯片的諸神之爭

　　寒武紀(jì)科技創(chuàng)始人及CEO陳天石此前在一次公開活動(dòng)上提到這樣一個(gè)小八卦：谷歌大腦項(xiàng)目用了1.6萬個(gè)CPU核跑了7天才完成貓臉識別。

　　講這個(gè)八卦的意圖在于說明，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。

　　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?這是過去幾年半導(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Exynos 9820處理器晶片組，預(yù)計(jì)將會在年底量產(chǎn)，在明年年初Galaxy S10系列旗艦機(jī)上使用。Exynos 9820最大的賣點(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)處理器市場競爭的一個(gè)小切口。從華為、蘋果、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”鐘擺定律的線形增長趨勢，直接讓手機(jī)處理器市場邁入AI能力競爭的新階段。

　　一

　　華為的激進(jìn)

　　獨(dú)立AI處理單元的競爭起源于2017年9月。9月2日，在德國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)算平臺麒麟970。

　　之所以稱之為“人工智能移動(dòng)計(jì)算平臺”是因?yàn)椋梓?70第一次搭載了寒武紀(jì)的NPU——NPU和CPU、GPU的功能是相對應(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，簡稱NPU，中文含義為“神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)”。

　　10天后，蘋果發(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，動(dòng)作非常激進(jìn)，特意把發(fā)布會提前到了蘋果iPhone X的前面。之后甚至也能看到一大批《蘋果A12處理器跟進(jìn)華為集成NPU，手機(jī)AI設(shè)計(jì)看中國》的類似文章出現(xiàn)。

　　事實(shí)上，蘋果和華為的規(guī)劃幾乎是在同期展開的。并不存在誰學(xué)誰的問題，華為的激進(jìn)，目的在于做大國產(chǎn)芯片的市場口碑。搶到“全球首款獨(dú)立AI處理單元”的發(fā)布，這對麒麟處理器的營銷會有極大增益。

　　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)的競爭。華為也愿意在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理單元軍備競賽中和其他企業(yè)“打?qū)κ峙啤薄Ｔ诮衲?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IFA展上發(fā)布了麒麟980，同樣搭載了雙核NPU。

　　這種軍備競賽的策略，雖然有時(shí)會超出當(dāng)下需要，但是卻通過這種“過度競爭”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)讓性能堆疊的線形競爭又上升了一個(gè)維度。

　　二

　　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并沒有專用于處理AI任務(wù)的NPU，而是拿出原本做ISP影像處理的Hexagon 685 DSP來處理AI應(yīng)用，性能不夠的時(shí)候再轉(zhuǎn)換使用GPU來應(yīng)付。

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

　　不管怎么說，高通還是通過這種曲線救國的策略支援上了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，勢必要將芯片架構(gòu)打亂，而且還會產(chǎn)生額外的研發(fā)、專利以及物料成本。

　　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)講究性價(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)樵谑袌龅匚环€(wěn)固，變革的動(dòng)力相對不足。外加之前要應(yīng)付博通的并購、反壟斷調(diào)查導(dǎo)致利潤承壓，失去了對市場的敏感度。

　　不過，在今年年中，高通看到行業(yè)形勢變化，還是迅速反應(yīng)過來，對外透露了內(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，有助于把整體市場做大。

　　三

　　聯(lián)發(fā)科的求變

　　在華為、蘋果、高通、三星那里，獨(dú)立神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理單元被稱作為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，并展開了跨平臺的延展，并將其稱之為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，而市場傳聞，聯(lián)發(fā)科接下來下一顆處理器會有旗艦級的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。

　　聯(lián)發(fā)科已經(jīng)有1年多在中高端市場面臨高通的競爭壓力，但是這款產(chǎn)品可能會幫助聯(lián)發(fā)科奪回過去的中高端市場份額。

　　之所以叫APU而不叫NPU，其實(shí)已經(jīng)顯示出了聯(lián)發(fā)科對獨(dú)立AI芯片的思考角度。聯(lián)發(fā)科的開創(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，未來手機(jī)上人工智能的操作只會越來越多，單核心肯定不夠用，雙核甚至四核是遲早的問題，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)有更豐富的場景應(yīng)用，不僅僅只是照片處理。未來手機(jī)的AI使用場景也必然是越來越豐富，面部識別、面部美化、場景檢測、手勢檢測、系統(tǒng)性能優(yōu)化、語音識別等場景下，都會要用到AI功能，多核心的APU可以抽掉出算力去應(yīng)付不同場景不同應(yīng)用，提高手機(jī)的運(yùn)算速度。

　　APU還支持市場上現(xiàn)有的幾乎所有AI架構(gòu)，和手機(jī)配合在一起，會有更好的體驗(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)在越來越多的智能硬件，如汽車等都是采用了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)算平臺上。

　　四

　　Tick-Tock要打破

　　這也牽扯到了最后一個(gè)問題——AI處理器未來究竟會有哪些運(yùn)用場景。

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

　　中國AI芯片“小三巨頭”的說法——地平線、寒武紀(jì)和深鑒科技三者都是這個(gè)市場的開拓者。

　　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，地平線則是圍繞智能零售、智慧城市、自動(dòng)駕駛?cè)齻€(gè)領(lǐng)域提交解決方案。

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

　　APU恰恰主打跨平臺， 今年年初，聯(lián)發(fā)科在CES發(fā)布了NeuroPilot人工智能平臺，主攻智能手機(jī)、智能家庭、自駕車的終端邊緣運(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)也是在為未來計(jì)算平臺出現(xiàn)、融合做考慮。

　　考慮這個(gè)問題的不只是聯(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)部正在開發(fā)名為“Exynos Auto”的汽車芯片，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在汽車上可用于分析車內(nèi)圖像傳感器接收到的圖像信號。因此，它能夠幫助構(gòu)建更高效的ADAS(高級駕駛員輔助系統(tǒng))，ADAS可用來識別車道和障礙物。

　　多年以前，英特爾半導(dǎo)體開創(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形增長。

　　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。