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AI芯片如果有“羅馬大道”,必定歸功可重構(gòu)計算

作者: 時間:2018-12-06 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏
編者按: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。

  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)。

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/201812/395306.htm

  

AI芯片如果有“羅馬大道”,必定歸功可重構(gòu)計算


  一步一步,伴隨著深度學習的應(yīng)用和滲透,F(xiàn)PGA架構(gòu)技術(shù)也越來越受各廠商關(guān)注,在多次大會的行業(yè)交流中,多位研發(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)的風向標:半導(dǎo)體架構(gòu)進入了新的征程,尤其為的設(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

  對于芯片的優(yōu)勢,寒武紀陳天石曾這樣形象的描述道:“如果把深度學習看作切肉,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。”

  

AI芯片如果有“羅馬大道”,必定歸功可重構(gòu)計算


  產(chǎn)業(yè)端,為了打破這一現(xiàn)狀,地平線、寒武紀、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到410GOPS,能效達5TOPS/W。第二款是南京大學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),如基于可搭建的硬件平臺是需要搭建一個統(tǒng)一的標準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。


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