AI芯片如果有“羅馬大道”，必定歸功可重構(gòu)計算

　　如所料，F(xiàn)PGA最早一出現(xiàn)就伴隨著神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法研究，2011年，Altera推出OpenCL，其中的CNN算法研究就是基于FPGA的，這讓FPGA重回了人們的視野中;后時隔三年，微軟推出Catapult項目，開發(fā)了高吞吐CNN FPGA加速器，將這種架構(gòu)更緊密的與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法實現(xiàn)綁在了一起;2015年，陷入轉(zhuǎn)型焦慮的Intel直接選擇收購Altera，這一舉動后來甚至帶起了一波CPU+FPGA熱，但這一刻FPGA的魅力還沒有真正被展現(xiàn)出來。直到一年后，Intel終利用BP算法在FPGA上實現(xiàn)了5GOPS處理能力，這一架構(gòu)的優(yōu)勢終鋒芒初現(xiàn)。

　　一步一步，伴隨著深度學(xué)習(xí)的應(yīng)用和滲透，F(xiàn)PGA架構(gòu)技術(shù)也越來越受各芯片廠商關(guān)注，在多次大會的行業(yè)交流中，多位芯片研發(fā)人員都指出：綜合考慮成本、可行性等因素，在可見的未來里，架構(gòu)創(chuàng)新是唯一算力提升解決方案。而FPGA無疑為整個行業(yè)帶來架構(gòu)設(shè)計上的新思路。

　　第一次，F(xiàn)PGA被用于產(chǎn)品端是在iPhone 7上，蘋果集成了Lattice iCE40 FPGA，將其作為超低功耗的邏輯處理兼?zhèn)鞲衅鞑考?。從技術(shù)到產(chǎn)品端，這一技術(shù)架構(gòu)只用了短短七年，而蘋果的成功嘗試也為這一技術(shù)架構(gòu)加分不少?，F(xiàn)在，業(yè)內(nèi)人士也普遍將它列為舊有半導(dǎo)體甚至終端架構(gòu)的關(guān)鍵顛覆者，也因此，F(xiàn)PGA這七年的持續(xù)熱度給出了整個行業(yè)的風(fēng)向標(biāo)：半導(dǎo)體架構(gòu)進入了新的征程，尤其為AI芯片的設(shè)計提供了關(guān)鍵思路。

　　站在FPGA的肩膀上，可重構(gòu)芯片誕生

　　對于AI芯片的優(yōu)勢，寒武紀(jì)陳天石曾這樣形象的描述道：“如果把深度學(xué)習(xí)看作切肉，傳統(tǒng)的處理器就是瑞士軍刀，我們的專用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理器則相當(dāng)于菜刀。瑞士軍刀通用性很好，什么都可以干，但干得不快，菜刀是專門用來做飯的，在切肉這件事情上，效率當(dāng)然更高?！?/p>

　　按理，效率越高，算力越高，芯片產(chǎn)業(yè)發(fā)展應(yīng)當(dāng)重回到此前活躍增長的階段，但在近兩年整個產(chǎn)業(yè)卻出現(xiàn)了一種怪象：芯片產(chǎn)業(yè)進入了一種低效的繁榮狀態(tài)，現(xiàn)有的AI產(chǎn)品的數(shù)量只有兩位數(shù)，而單價幾乎不變，尤其是AI終端產(chǎn)品，產(chǎn)業(yè)利潤幾乎在個位數(shù)。在產(chǎn)業(yè)鏈端，產(chǎn)品開發(fā)費用、產(chǎn)品難度都在持續(xù)上升，在市場空間有限的條件下，產(chǎn)品的盈利空間直線下降。

　　事實上，僅僅融合FPGA架構(gòu)設(shè)計的高效對整個產(chǎn)業(yè)的發(fā)展來說是依然不夠的，菜刀終究還是菜刀，AI芯片的應(yīng)用場景和變現(xiàn)能力實在十分有限。對此，清華大學(xué)微電子所所長魏少軍就直接點出：“要想讓AI芯片能夠在使用中變得更‘聰明’，架構(gòu)創(chuàng)新就是它不可回避的課題。”

　　產(chǎn)業(yè)端，為了打破這一現(xiàn)狀，地平線、寒武紀(jì)、Arm等眾多新老玩家紛紛給出了各自的平臺性商用解決方案，但終不是長久之計。對此，業(yè)內(nèi)的共同認(rèn)知是：若想釜底抽薪，設(shè)計出一款動態(tài)可重構(gòu)的并行計算芯片，以實現(xiàn)一塊芯片可以跑多種算法，節(jié)省資源，大大提高通用性，極大程度上促進整個產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

　　所幸，在國內(nèi)，目前尚有兩款芯片代表：一款是清華大學(xué)的Thinker可重構(gòu)AI芯片，它獲得了2017年國際低功耗電子與設(shè)計會議設(shè)計競賽獎，這是一款由65nm工藝制成的芯片，不過其峰值性能能夠達(dá)到410GOPS，能效達(dá)5TOPS/W。第二款是南京大學(xué)RAPS可重構(gòu)芯片，它由40nm工藝制成，可以實現(xiàn)25種與信號處理有關(guān)的算法，峰值性能69GFLOPS，能效達(dá)到32GFOPS/W。與TMS320C6672多核DSP比較，性能能夠提高一個數(shù)量級。

　　值得一提的是，兩款芯片制程一般，工藝泛泛，卻收獲如此高效的性能，架構(gòu)創(chuàng)新的四兩撥千斤功效可見一斑。

　　最后

　　縱觀第三波AI浪潮下的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)，有兩個現(xiàn)象級事件奠定了當(dāng)下芯片產(chǎn)業(yè)的基調(diào)：曾經(jīng)逃離半導(dǎo)體行業(yè)的風(fēng)投又紛紛重新回到了半導(dǎo)體行業(yè);歷來觀潮的中國，現(xiàn)在成了弄潮兒。

　　不言而喻，這兩大趨勢撞在一起發(fā)生的化學(xué)效應(yīng)率先打破了整個半導(dǎo)體行業(yè)既有的產(chǎn)業(yè)形態(tài)。但不可忽視的是，作為工業(yè)的糧食，芯片架構(gòu)創(chuàng)新帶動的產(chǎn)業(yè)活力才將成為推動第三波AI浪潮持久發(fā)展的動力。

　　如許衍居院士所言：未來10年，整個半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)將會從cSoC時代走向rSoC時代。但是可重構(gòu)芯片發(fā)展還需要突破眾多難關(guān)，如基于可重構(gòu)計算搭建的硬件平臺是需要搭建一個統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)平臺還是僅僅只開發(fā)一個通用的編程模型?采用雙編程如何劃分軟硬件任務(wù)并處理好之間的通信問題?這些問題依舊是纏繞在可重構(gòu)芯片發(fā)展之路上的藤蔓，披荊斬棘，路且漫長。