作為AI和芯片兩大領域的交差點，AI芯片已經成了最熱門的投資領域，各種AI芯片如雨后春筍冒出來，但是AI芯片領域生存環(huán)境惡劣，能活下來的企業(yè)將是鳳毛麟角。

谷歌在I／O大會發(fā)布了其第三代TPU，并宣稱其性能比去年的TUP 2.0 提升8倍之多，達到每秒1000萬億次浮點計算，同時谷歌展示了其一系列基于TPU的AI應用。

可以說，AI已經成為科技行業(yè)除了區(qū)塊鏈之外最熱門的話題。AI芯片作為AI時代的基礎設施，也成為目前行業(yè)最熱門的領域。

可以看到，AI芯片已經成為資本追逐的最熱門領域，資本對半導體芯片的熱情被AI技術徹底點燃。在創(chuàng)業(yè)公司未真正打開市場的情況下，AI芯片初創(chuàng)企業(yè)已經誕生了不少的獨角獸，多筆融資已經超過億元。

AI技術的革新，其從計算構架到應用，都和傳統(tǒng)處理器與算法有巨大的差異，這給創(chuàng)業(yè)者和資本市場無限的遐想空間，這也是為什么資本和人才對其趨之若鶩的原因。

首先我們來分析下目前對AI芯片的需求主要集中在哪些方面。

先來講講AI目前芯片大致的分類：從應用場景角度看，AI芯片主要有兩個方向，一個是在數(shù)據(jù)中心部署的云端，一個是在消費者終端部署的終端。從功能角度看，AI芯片主要做兩個事情，一是Training（訓練），二是Inference（推理）。

目前AI芯片的大規(guī)模應用分別在云端和終端。云端的AI芯片同時做兩個事情：Training和Inference。Training即用大量標記過的數(shù)據(jù)來“訓練”相應的系統(tǒng)，使之可以適應特定的功能，比如給系統(tǒng)海量的“貓”的圖片，并告訴系統(tǒng)這個就是“貓”，之后系統(tǒng)就“知道”什么是貓了；Inference即用訓練好的系統(tǒng)來完成任務，接上面的例子，就是你將一張圖給之前訓練過的系統(tǒng)，讓他得出這張圖是不是貓這樣的結論。

Training 和 Inference 在目前大多數(shù)的AI系統(tǒng)中，是相對獨立的過程，其對計算能力的要求也不盡相同。

Training需要極高的計算性能，需要較高的精度，需要能處理海量的數(shù)據(jù)，需要有一定的通用性，以便完成各種各樣的學習任務。

對于芯片廠家來說，誰有數(shù)據(jù)，誰贏！

Inference相對來說對性能的要求并不高，對精度要求也要更低，在特定的場景下，對通用性要求也低，能完成特定任務即可，但因為Inference的結果直接提供給終端用戶，所以更關注用戶體驗的方面的優(yōu)化。

谷歌TensorFlow團隊：深度學習的未來，在單片機的身上

Pete Warden，是谷歌TensorFlow團隊成員，也是TensorFLow Mobile的負責人。

Pete 堅定地相信，未來的深度學習能夠在微型的、低功耗的芯片上自由地奔跑。

單片機 (MCU) ，有一天會成為深度學習最肥沃的土壤。

為什么是單片機？單片機遍地都是

今年一年全球會有大約400億枚單片機 (MCU) 售出。MCU里面有個小CPU，RAM只有幾kb的那種，但醫(yī)療設備、汽車設備、工業(yè)設備，還有消費級電子產品里，都用得到。

這樣的計算機，需要的電量很小，價格也很便宜，大概不到50美分。

之所以得不到重視，是因為一般情況下，MCU都是用來取代 (如洗衣機里、遙控器里的) 那些老式的機電系統(tǒng)——控制機器用的邏輯沒有發(fā)生什么變化。

CPU和傳感器不太耗電，傳輸耗錢、耗電！CPU和傳感器的功耗，基本可以降到微瓦級，比如高通的Glance視覺芯片。

相比之下，顯示器和無線電，就尤其耗電了。即便是WiFi和藍牙也至少要幾十毫瓦。

因為，數(shù)據(jù)傳輸需要的能量，似乎與傳輸距離成正比。CPU和傳感器只傳幾毫米，如果每個數(shù)據(jù)都需要端管云這樣傳輸，每個算法都需要輸送到云端進行處理，自然代價就要貴得多。

傳感器的數(shù)據(jù)很多，傳輸起來很費勁！傳感器能獲取的數(shù)據(jù)，比人們能用到的數(shù)據(jù)，多得多。例如：衛(wèi)星的圖片數(shù)據(jù)很多，但是傳到地球很困難。

衛(wèi)星或者宇宙飛船上的宇航員可以用高清相機來拍高清視頻。但問題是，衛(wèi)星的數(shù)據(jù)存儲量很小，傳輸帶寬也很有限，從地球上每小時只能下載到一點點數(shù)據(jù)。

地球上的很多傳感器也一樣，本地獲得很容易，但是傳輸?shù)竭h端的數(shù)據(jù)中心就需要很多的代價。

跟深度學習有什么關系

如果傳感器的數(shù)據(jù)可以在本地運算，又不需要很多的代價和電力。

我們需要的是，能夠在單片機上運轉的，不需要很多電量的，依賴計算不依賴無線電，并且可以把那些本來要浪費掉的傳感器數(shù)據(jù)利用起來的。

這也是機器學習，特別是深度學習，需要跨越的鴻溝。

相比之下，神經網(wǎng)絡大部分的時間，都是用來把那些很大很大的矩陣乘到一起，翻來覆去用相同的數(shù)字，只是組合方式不同了。

這樣的運算，當然比從DRAM里讀取大量的數(shù)值，要低碳得多。

需要的數(shù)據(jù)沒那么多的話，就可以用SRAM這樣低功耗的設備來存儲。

如此說來，深度學習最適合MCU了，尤其是在8位元計算可以代替浮點運算的時候。

1、深度學習很低碳

那么AI的計算，每次運算需要多少皮焦耳？

比如，MobileNetV2的圖像分類網(wǎng)絡最簡單的結構，大約要用2,200萬次運算。

如果，每次運算要5皮焦，每秒鐘一幀的話，這個網(wǎng)絡的功率就是110微瓦，用紐扣電池也能堅持近一年。

2、對傳感器也友好

最近幾年，人們用神經網(wǎng)絡來處理噪音信號，比如圖像、音頻、加速度計的數(shù)據(jù)等等。

如果可以在MCU上運行神經網(wǎng)絡，那么更大量的傳感器數(shù)據(jù)就可以得到處理，而不是浪費。

那時，不管是語音交互，還是圖像識別功能，都會變得更加輕便。

Training將在很長一段時間里集中在云端，Inference的完成目前也主要集中在云端，但隨著越來越多廠商的努力，很多的應用將逐漸轉移到終端。

目前的市場情況：云端AI芯片市場已被巨頭瓜分殆盡，創(chuàng)業(yè)公司生存空間幾乎消失。

云端AI芯片無論是從硬件還是軟件，已經被傳統(tǒng)巨頭控制，給新公司預留的空間極小。不客氣的說，大多數(shù)AI芯片公司、希望在云端AI做文章的初創(chuàng)公司幾乎最后都得死。

數(shù)據(jù)越多，對應用場景越理解的公司，對算法、硬件的需求越清楚、越理解深入。

我們可以看到，芯片巨頭Nvidia（英偉達）已經牢牢占據(jù)AI芯片榜首，由于CUDA開發(fā)平臺的普及，英偉達的GPU是目前應用最廣的通用AI硬件計算平臺。除了有實力自研芯片的企業(yè)（全世界也沒幾家），如果需要做AI相關的工作，必定需要用到Nvidia的芯片。Nvidia的芯片應用普遍，現(xiàn)在所有的AI軟件庫都支持使用CUDA加速，包括谷歌的Tensorflow，F(xiàn)acebook的Caffe，亞馬遜的MXNet等。

除了一騎絕塵的英偉達，其他老牌的芯片巨頭都沒閑著，特別是Intel通過買、買、買奮力的將自己擠到了頭部玩家的位置。微軟在最新的Build大會上公布了基于英特爾FPGA的 AI 方案，而英特爾的 FPGA 業(yè)務正是通過收購Altera獲得的。

除此之外，我們可以看到像Google這樣的互聯(lián)網(wǎng)廠商也亂入了前五。這當然要歸功于上面提到的TPU，雖然谷歌不直接售賣芯片，但是谷歌通過云服務提供TPU的調用服務。谷歌很早就開源了Tensorflow軟件平臺，這使得Tensorflow成為最主流的機器學習軟件平臺，已經成了事實上行業(yè)的軟件平臺標準。而Tensorflow最佳的計算環(huán)境必定就是谷歌自己的云服務了，通過軟件、硬件（或者說云）環(huán)境的打通，谷歌妥妥的成為AI芯片領域的一方霸主。

現(xiàn)在業(yè)界爭論的焦點是AI芯片的處理器架構用哪種是最好的，有前面提及的有GPU、FPGA、DSP和ASIC，甚至還有更前沿的腦神經形態(tài)芯片?，F(xiàn)在GPU可以認為是處于優(yōu)勢地位，但其他幾種的處理器架構也各有優(yōu)勢。Intel則是多方下注，不錯過任何一種處理器架構。谷歌在TPU（其實就是一種ASIC）方面的巨大投入帶來了硬件效能的極大提高，目前看來對GPU的沖擊將是最大的，原因不單單是因為專用架構帶來的效率優(yōu)勢，還有商業(yè)模式方面帶來的成本優(yōu)勢。在半導體行業(yè)內的普遍觀點是，一旦AI的算法相對穩(wěn)定，ASIC肯定是最主流的芯片形態(tài)?？纯赐诘V芯片的進化歷程，這個觀點非常有說服力。

在云端，互聯(lián)網(wǎng)巨頭已經成為了事實上的生態(tài)主導者，因為云計算本來就是巨頭的戰(zhàn)場，現(xiàn)在所有開源AI框架也都是這些巨頭發(fā)布的。在這樣一個生態(tài)已經固化的環(huán)境中，留給創(chuàng)業(yè)公司的空間實際已經消失。