給機(jī)器人“造腦”：英偉達(dá)在AI芯片領(lǐng)域有多牛？

　　2013年11月 IBM和英偉達(dá)聯(lián)合開發(fā)超級(jí)計(jì)算機(jī)

　　IBM與芯片廠商英偉達(dá)Nvidia達(dá)成戰(zhàn)略合作，共同設(shè)計(jì)開發(fā)新型超級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和服務(wù)器。英偉達(dá)開發(fā)的圖形處理單元芯片(GPU)，很好適用于浮點(diǎn)計(jì)算，表現(xiàn)勝于英特爾的傳統(tǒng)CPU Xeon和AMD的Opteron。排名第二位的“泰坦”也搭載了GPU。

　　根據(jù)IBM和英偉達(dá)合作內(nèi)容，雙方在芯片方面就行合作，通過技術(shù)共享，讓英偉達(dá)的Tesla GPU更好與前者的Power 8芯片協(xié)同工作。

　　早期的Tesla車型曾使用過Tegra 2，但處理能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，所以后來升級(jí)到了Tegra 3。特斯拉Model S電動(dòng)車的車載娛樂系統(tǒng)也是基于Tegra 3設(shè)計(jì)。Nvidia基于在圖形處理方面長(zhǎng)期積累與CUDA架構(gòu)，和特斯拉建立密切的合作。而特斯拉為Nvidia在高度智能化的汽車上的布局上起到助推作用。

　　2014年早期特斯拉ModelS搭載英偉達(dá)Tegra 3

　　Nvidia不僅在硬件上有布局，同時(shí)已經(jīng)滲透到了軟件層面。Nvidia將一輛Jeep進(jìn)行深度改裝，但改的不是發(fā)動(dòng)機(jī)、輪轂或包圍，而是中控系統(tǒng)。改裝后的Jeep采用3D打印制造出的中控臺(tái)，搭配一個(gè)17英寸的電容屏。屏幕劃分為3個(gè)區(qū)域，上中下分貝顯示地圖、娛樂信息以及HVAC(比如空調(diào)控制)。配合Tegra K1，Nvidia直接切入到了車輛的CAN總線中，實(shí)現(xiàn)了對(duì)整個(gè)車輛的控制。

　　2014年初，世界上采用NVIDIA處理器的汽車已經(jīng)超過450萬輛，涉及20多個(gè)品牌、100多款車型，其中包括奧迪、寶馬、大眾等車企巨頭，也包括特斯拉這種車界新貴。2015年，Tegra芯片在汽車領(lǐng)域發(fā)展加快，在道路上跑的汽車有超過800萬輛搭載Tegra芯片。2015年第三季度Nvidia在汽車領(lǐng)域的業(yè)務(wù)銷量增長(zhǎng)了51%。

　　2015年12月 Facebook開源BigSur

　　Facebook研發(fā)代號(hào)為“BigSur”的新一代硬件的設(shè)計(jì)目標(biāo)是訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。除人工智能外，這一技術(shù)還經(jīng)常被稱作機(jī)器或深度學(xué)習(xí)。Facebook與Nvidia進(jìn)行合作，是第一家采用英偉達(dá)TeslaM40GPU加速器的廠商。M40GPU面向深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，是BigSur平臺(tái)和OpenRack兼容硬件的關(guān)鍵。

　　采用M40的BigSur平臺(tái)的速度是該Facebook上一代產(chǎn)品的2倍，使得訓(xùn)練規(guī)模相當(dāng)于原來2倍的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的速度提高1倍。BigSur是第一款針對(duì)機(jī)器學(xué)習(xí)、人工智能研究開發(fā)的開放源代碼計(jì)算系統(tǒng)，F(xiàn)acebook將把設(shè)計(jì)材料提交給開放計(jì)算項(xiàng)目。

　　2016年新款特斯拉model S采用Tegrak1

　　2016年新款狀態(tài)顯示器分辨率升級(jí)，從過去的1280x480 升級(jí)到1920x720，因此副處理器也從Tegra 2升級(jí)為Tegra 3，主處理器從Tegra 3升級(jí)到了Tegra k1 從而更好地支持自動(dòng)輔助駕駛功能。

　　Tesla P40、Tesla P4高性能計(jì)算卡

　　2016年9月，NVIDIA發(fā)布新一代高性能計(jì)算卡Tesla P40、Tesla P4，它們倆將取代上代麥克斯韋架構(gòu)的Tesla M40/M4，進(jìn)化到最新的帕斯卡架構(gòu)，擁有16nm工藝。這兩款計(jì)算卡主要負(fù)責(zé)圖像、文字和語音識(shí)別，專為人工智能、深度學(xué)習(xí)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)推演而生。

　　Tesla P4及P40特別針對(duì)推論設(shè)計(jì)，使用經(jīng)訓(xùn)練的深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識(shí)別語音、影像及文字以回應(yīng)使用者和裝置要求。Pascal架構(gòu)GPU具備以8位(INT8)運(yùn)算為主的專門推論指令，提供比CPU快45倍的反應(yīng)速度，與不到一年前推出的GPU解決方案相比則提升了4倍。

　　深度學(xué)習(xí)超級(jí)計(jì)算機(jī)NVIDIADGX-1

　　深度學(xué)習(xí)最苛刻的部分是訓(xùn)練。NVIDIA專為深度學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)的PASCAL架構(gòu)，助推深度學(xué)習(xí)加速高達(dá)65倍，并且能夠支持每個(gè)主要的深度學(xué)習(xí)框架。在此架構(gòu)基礎(chǔ)上，NVIDIA創(chuàng)造了專為GPU深度學(xué)習(xí)所設(shè)計(jì)的超級(jí)計(jì)算機(jī)DGX1。

　　NVIDIA的DGX-1基于Tesla P100加速卡(研發(fā)費(fèi)用高達(dá)20億美元)是世界上首款專為深度學(xué)習(xí)而打造的系統(tǒng)，具備全面集成的硬件和軟件，可以輕松快速地完成部署。NVIDIADGX-1革命性的性能可大幅加快訓(xùn)練速度，成為世界上首款體積小性能強(qiáng)(單機(jī)箱)的深度學(xué)習(xí)超級(jí)計(jì)算機(jī)。

　　協(xié)同駕駛AI Co-Pilot

　　XAVIER已經(jīng)被英偉達(dá)安裝在一輛基于林肯MKC所打造的自動(dòng)駕駛測(cè)試車BB8上，另外，英偉達(dá)還將在自動(dòng)駕駛領(lǐng)域同奧迪展開合作，其全自動(dòng)駕駛汽車預(yù)計(jì)將在2020年上路。

　　AI Co-Pilot(人工智能協(xié)同駕駛)系統(tǒng)該系統(tǒng)具有人臉識(shí)別、頭部追蹤、視線追蹤等功能，能在行車中輔助駕駛者，提高駕駛安全性與便利性。AI Co-Pilot還能在復(fù)雜的噪聲環(huán)境中通過讀唇獲知駕駛者的需求，準(zhǔn)確率已達(dá)93.4%。

　　英偉達(dá)的優(yōu)勢(shì)真的是無人能擋嗎?

　　英偉達(dá)上周發(fā)布的第一季財(cái)報(bào)再次超出業(yè)界預(yù)期，財(cái)報(bào)顯示這一季度總收入增長(zhǎng)了66%，其中數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)營(yíng)收增長(zhǎng)71%達(dá)到7.01億美元。英偉達(dá)的數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)包含HPC(高性能計(jì)算)、數(shù)據(jù)中心GPU以及AI加速器即使相比過去幾年2-3倍的增長(zhǎng)率要少很多，但極具潛力的AI芯片市場(chǎng)空間依舊吸引了眾多巨頭和創(chuàng)業(yè)者的參與。

　　不過英偉達(dá)現(xiàn)在具有優(yōu)勢(shì)并不意味著AI市場(chǎng)的蛋糕會(huì)被英偉達(dá)獨(dú)吞，無論是科技巨頭英特爾、谷歌、IBM、AMD還是OURS、地平線、寒武紀(jì)等初創(chuàng)企業(yè)都紛紛加入了AI芯片領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)。

　　英特爾這幾年也是卯足了勁入軍AI市場(chǎng)，英特爾的All in AI實(shí)力也是不容小覷。除了鞏固資深的優(yōu)勢(shì)產(chǎn)品以外，還進(jìn)行了一系列的收購以增強(qiáng)自己的能力。英特爾針對(duì)已有的優(yōu)勢(shì)產(chǎn)品XeonPhi加速計(jì)算卡、收購的Altera FPGA、 Nervana System幾大產(chǎn)品線進(jìn)行深度學(xué)習(xí)的優(yōu)化，從AI構(gòu)建的訓(xùn)練和部署都能夠看出這均與英偉達(dá)形成競(jìng)爭(zhēng)，在自動(dòng)駕駛應(yīng)用場(chǎng)景中也通過收購Mobileye與英偉達(dá)形成強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系。同時(shí)還基于FPGA打造自己在AI領(lǐng)域的特色，對(duì)人工智能初創(chuàng)芯片企業(yè)的持續(xù)投資也有助于英特爾在AI芯片領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)后來居上。

　　除了英特爾All In AI全面叫板英偉達(dá)，眾多初創(chuàng)公司也會(huì)成為挑戰(zhàn)英偉達(dá)不可忽視的對(duì)手。

　　以2017年由兩位華人在美國(guó)硅谷創(chuàng)立的OURS為代表，OURS以低功耗端計(jì)算AI芯片為核心技術(shù)，目標(biāo)是解決工業(yè)/商業(yè)、機(jī)器人、汽車自動(dòng)駕駛、安防等領(lǐng)域的3D機(jī)器視覺和多傳感器融合的問題。OURS的核心技術(shù)之一就是硅光技術(shù)，這一技術(shù)很適合于計(jì)算機(jī)內(nèi)部和多核之間的大規(guī)模通信，其最大的優(yōu)勢(shì)在于擁有相當(dāng)高的傳輸速率，可使處理器內(nèi)核之間的數(shù)據(jù)傳輸速度比目前快 100 倍甚至更高。OURS 采用的是以數(shù)據(jù)為中心的RISC-V 計(jì)算機(jī)指令集架構(gòu)，這也是OURS的另一大核心優(yōu)勢(shì)。

　　寒武紀(jì)近日也發(fā)布了一款云端智能芯片Cambricon MLU100，詞云端芯片也延續(xù)了寒武紀(jì)產(chǎn)品通用性的特點(diǎn)，支持各類深度學(xué)習(xí)和經(jīng)典機(jī)器學(xué)習(xí)算法，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(chǎng)景下(如大數(shù)據(jù)量、多任務(wù)、多模態(tài)、低延時(shí)、高通量)的云端智能處理需求。

　　不只是硬件，寒武紀(jì)還努力實(shí)現(xiàn)軟硬件的協(xié)同工作，寒武紀(jì)從 2016 年起逐步推出了寒武紀(jì) NeuWare 軟件工具鏈，該平臺(tái)終端和云端產(chǎn)品均支持，可以實(shí)現(xiàn)對(duì) tensorflow、caffe 和 mxnet 的 API 兼容，同時(shí)提供寒武紀(jì)專門的高性庫，可以方便地進(jìn)行智能應(yīng)用的開發(fā)，遷移和調(diào)優(yōu)。

　　小結(jié)：

　　AI芯片全球起步時(shí)間幾乎同步，此時(shí)，人工智能領(lǐng)域尚未出現(xiàn)“獨(dú)步天下”的國(guó)際巨頭。但是也要警惕“全民造芯”虛火，目前還沒有出現(xiàn)像CPU(中央處理器)一樣的AI通用算法芯片，AI的殺手級(jí)應(yīng)用還沒出現(xiàn)，未來這個(gè)產(chǎn)業(yè)還有很長(zhǎng)一段路要走。