2018年人工智慧晶元行業分析 晶元之戰勝負變數大

人工智慧行業的競爭其實是人工智慧晶元的競爭

在人工智慧超過60年的發展歷程中，經歷了漫長的歷史演進和技術更迭，並曾兩次陷入低谷。近幾年隨著工業4.0、智能生活、「互聯網+」等領域的快速進步，加之深度學習演算法在語音和視覺識別上取得突破，人工智慧技術開始滲透至工業、醫療、教育、安全等多個領域。

根據前瞻產業研究院發布的《2018-2023年中國晶元行業市場需求與投資規劃分析報告》數據顯示，2016年全球人工智慧晶元市場規模達到36億美金，預計到2021年將達到111億美金，年複合增長率達到25%，增長迅猛，發展空間巨大。

圖表1：2016-2021年全球人工智慧晶元市場規模及預測(單位：億美金)

資料來源：Gartner 前瞻產業研究院整理

核心晶元決定一個新的計算平台的基礎架構。核心晶元將決定一個新的計算時代的基礎架構和未來生態，因此，谷歌、微軟、IBM、Facebook等全球IT巨頭都投巨資加速人工智慧核心晶元的研發，旨在搶佔新計算時代的戰略制高點，掌控人工智慧時代主導權。回顧在PC和移動互聯網時代分別處於霸主地位的X86架構和ARM架構的發展歷程，可以看到：從源頭上掌控核心晶元架構取得先發優勢，對於取得一個新計算時代主導權有多麼重要。

隨著大數據的發展，計算能力的提升，人工智慧近兩年迎來了新一輪的爆發。晶元約佔人工智慧比重的15%，結合我國人工智慧市場規模，推算出2016年我國人工智慧晶元市場規模約為15億元，到2022年市場規模將達到50億元左右。

圖表2：2016-2022年中國人工智慧晶元市場規模及預測(單位：億元，%)

資料來源：前瞻產業研究院整理

各類晶元各有千秋，晶元之戰勝負存在較大變數

人工智慧市場規模的快速增長得益於其應用領域的不斷開拓。目前已經覆蓋包括深度學習、機器視覺、指紋識別、人臉識別、個人助理、智慧機器人等13個具體應用，涉及工業機器人、安全識別、無人駕駛、智能醫療、智能家居等多個新興產業，人工智慧勢必將成為新一輪科技革命的強大推動力量。強大推動力的背後，是AI晶元之爭，其主要分為以下幾種：

圖表3：人工智慧晶元的分類介紹

資料來源：前瞻產業研究院整理

從技術上來看，GPU、FPGA和ASIC都各有千秋。從實際應用來看，GPU擁有最完善的生態系統支撐，具有較大的先發優勢。由於市場對此已經充分預期，我們在此就不再贅述。人工智慧在推理環節應用剛起步，雲端要比前端設備發展速度更快。下面我們將重點講述一下雲端數據中心的應用。在數據中心，FPGA使用日益廣泛，而ASIC路線風險太高，目前僅有谷歌批量部署了TPU。

圖表4：處理器晶元對比-1

資料來源：《騰訊技術工程》 前瞻產業研究院整理

具體來看，GPU與CPU有相同之處，兩者都有匯流排和外界聯繫，都有自己的緩存系統，以及數字和邏輯運算單元。兩者也具有很大的差異。CPU需要很強的通用性來處理各種不同的數據類型，同時又需要進行邏輯判斷、分支跳轉和中斷等處理，因此CPU內部的結構異常複雜;而GPU專門執行複雜的數學幾何計算，面對的是類型高度統一、相互無依賴的大規模數據和不需要被打斷的純凈計算環境。所以與CPU擅長邏輯控制和通用類型數據運算不同，GPU擅長大規模、獨立的浮點和並行計算。中國在GPU晶元設計領域發展相對較晚，當前掌握核心技術的公司包括景嘉微、兆芯等。其中景嘉微研發的JM5400圖形晶元打破國外晶元在我國軍用GPU領域的壟斷，實現了軍用GPU國產化。

FPGA晶元與GPU以及CPU相比，具有性能高、能耗低以及可硬體編程的特點。雖然FPGA的頻率一般比CPU低，但是可以用FPGA實現並行度很大的硬體計算器。FPGA高性能、低能耗以及可硬體編程的特點使其適用範圍得以擴大，目前FPGA主要應用於通訊、醫療電子、安全、視頻、工業自動化等領域。

為深度學習量身定製的ASIC晶元將在計算速度和功耗上趕超GPU和FPGA，並隨著人工智慧滲透率的不斷提升，未來在智能手機、物聯網、車聯網等領域，人工智慧晶元將得到廣泛應用，廣闊的市場空間為ASIC大規模量產創造了可能。隨著大規模量產條件下單片成本大幅下降，ASIC可能會成為未來深度學習領域的主流晶元。目前，科技巨頭紛紛在ASIC深度學習晶元上發力。

類腦晶元其是一種基於神經形態工程、借鑒人腦信息處理方式。旨在適於實時處理非結構化信息、具有學習能力的超低功耗新型計算晶元。可以說類腦晶元是更加接近人工智慧目標的晶元，其力圖在基本架構上模仿人腦的工作原理，使用神經元和突觸的方式替代傳統的架構體系，使晶元能夠進行非同步、並行、低速和分散式處理信息數據的能力，同時具備自主感知、識別和學習的能力。

圖表5：我國人工智慧晶元的種類及主要代表企業

資料來源：前瞻產業研究院整理

整體來看，深度學習的興起得益於大數據的發展、計算機計算能力的大幅提升和演算法本身的突破，其中計算能力的大幅度提升則得益於GPU、FPGA、ASIC等人工智慧晶元的廣泛應用，晶元作為人工智慧技術核心環節，未來前景廣闊。

前瞻產業研究院《2018-2023年中國晶元行業市場需求與投資規劃分析報告》原文地址：https://bg.qianzhan.com/report/detail/1704111026230169.html

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