高通，看見了AI芯片的“多面”

蕭簫 2020-09-27 12:28:41 來源：量子位

蕭簫 發自 凹非寺
量子位 報道 | 公眾號 QbitAI

AI芯片行業，正面臨著層出不窮的需求。

據Research and Markets預測，數據中心的AI芯片（即AI加速器）市場規模將從2018年的28.4億美元，增長到2023年的211.9億美元。

AI芯片，分為訓練和推理，前者用來“做模型”（跑大量數據、調整參數），后者則用來“出結果”（實時檢測、目標跟蹤）。

“做模型”就像是產品加工，在“工廠”里完成，但模型出來后，就不局限在“工廠”中了，還能部署到手機、汽車等設備上使用。

這里的“工廠”，通常是云端，那里有大量服務器部署；而手機、汽車等設備，被稱為邊緣?（終端），也是AI模型真正需要用到的地方。

可以看出，AI訓練芯片只靠絕對算力——只要算力越高，模型訓練得就越快。

但手機和汽車等設備，受體積、儲能、實時等諸多限制和要求，算力已不再是單一的考慮條件。

AI推理芯片不僅看算力，還要講究時延、功耗和成本。

相對于AI訓練芯片，AI推理芯片需求量更高，使用場景也更廣泛。

市調機構Tractica稱，預計從2018到2025年的7年時間里，AI推理芯片將有10倍的增長，至2025年可達170億美元。

事實上，無論是算力、還是硬件要求，邊緣推理芯片的設計都要比云端更復雜。

處在野蠻生長階段的AI芯片市場，做好云端推理芯片已非易事，入局邊緣芯片還會更難。

但高通卻做出了嘗試。

18個月，性能領跑行業

2019年4月，高通宣布推出Cloud AI 100芯片，稱它是“為滿足急劇增長的云端AI推理處理的需求而設計”、“讓分布式智能可以從云端遍布至用戶的邊緣終端，以及云端和邊緣終端之間的全部節點?！?/p>

那時候，市場上也有部分人士持并不看好的態度。一些觀點認為，2019年再入局云端AI芯片、并趕超最先進的云端AI推理芯片，似乎為時已晚。

而18個月過后，Cloud AI 100芯片在ResNet-50上的測試效果流出，引爆了行業內的深水炸彈。

從圖中來看，橫軸是功耗（越小越好，圖中右邊更?。?；縱軸是吞吐量（越高越好）。

即使是英偉達最新Ampere架構的A100芯片，吞吐量也不到25000，耗能卻超過了300W。

從功耗來看，英特爾的Goya可低達100W，但吞吐量只能達到15000左右。

相比之下，高通的Cloud AI 100 PCle，吞吐量超過25000，卻只需要75W。

這樣的芯片性能，聽起來讓人難以置信。

而且，這個75W的芯片，支持最高每秒400萬億次（400TOPS）的算力。

高通到底在云端AI推理芯片上“施了什么魔法”？

先來看看它的內部結構：

16個AI內核（AIC）

支持INT8，INT16，FP16和FP32

4個64位內存控制器（LPDDR4×）

144MB的片上SRAM高速緩存

也就是說，通道的總系統帶寬為134GB/s，但144MB的片上SRAM高速緩存設計，在片上保存了盡可能多的存儲器流量。

此外，7nm的工藝節點，也有助于降低功耗。

而在封裝上，高通采取了三種不同的形式：

DM.2e，15W，超過50 TOPS

DM.2，25W，超過200 TOPS

PCle，75W，約400 TOPS

其中，DM.2從外形來看，有點像兩個相鄰的M.2連接器，其中，M.2以尺寸小、傳輸性能高廣受歡迎。

而DM.2e是dual M.2 edge的縮寫，意為“兩個邊緣的M.2連接器”，是一種更小、功耗更低的熱封殼外形。

從DM.2e的芯片設計來看，高通的目標似乎并不僅局限于云端。

將云端芯片“邊緣”化

事實上，從行業消息來看，云端的確不是高通的終點。

這次的Cloud AI 100，也將目光放在了更長遠、更現實的位置——邊緣人工智能（Edge AI）。

國際數據公司IDC的半導體研究總監Michael J. Palma曾表示：“人工智能的成功，在于部署到邊緣的系統，在邊緣系統中，神經網絡做出的即時決策實際上可以創造價值，不受延遲和連接問題的約束——而這些問題對云解決方案來說是個挑戰?！?/p>

據市場調研機構MarketsandMarkets預測，全球邊緣人工智能軟件市場規模，將從2018年的3.56億美元，增長到2023年的11.52億美元。

在2018年到2023年的預測期內，年復合增長率(CAGR)為26.5%。

在Cloud AI 100芯片開始應用的同時，高通也同時發布了對應的邊緣人工智能開發工具包——Cloud AI 100 Edge AI SDK。

這一工具包，主要由以下3大模型構成：

Cloud AI 100芯片（低功耗、高性能AI芯片）

驍龍865模塊化平臺（負責應用&視頻處理）

驍龍X55調制解調器及射頻系統（5G連接）

這一工具包，除了上述芯片所包含的5G特性、能耗低等特點以外，目前透露的功能還有不少。

其中，支持24個相機同時拍攝分辨率達1920×1080的視頻流、每秒25幀的高清視頻。

不僅支持遠程訪問、可升級空中下載軟件、可部署到戶外，而且在PyTorch、ONNX、Tensorflow上都能運行。

此外，這一SDK還支持Keras、Caffe、PaddlePaddle等主流框架。

至于應用方向，包括新聞推送、廣告、個性化視頻、搜索、XR和游戲等，可以說是邊緣的應用場景，它都能滿足。

據高通近日公布的消息，Cloud AI 100正面向其全球部分客戶出貨，預計采用該產品的商用設備將于2021年上半年面市。

回看高通AI探索節點后的發現

“高通在AI研發方面擁有悠久的歷史?！?/p>

高通人工智能及邊緣計算資深總監John Kehrli表示：“高通正處于第五代移動端解決方案中，擁有超過11年的研發經驗，因此，高通正在利用行業專業知識（進行研發）。雖然這是AI內核，它與移動技術并不相同，但我們可以利用那個領域的經驗。”

實際上，早在2007年，高通旗下的Qualcomm Research就啟動了首個人工智能項目，并于2018年成立Qualcomm AI Research。

2015年，搭載第一代AI Engine（人工智能引擎）的高通驍龍820發布，第二年，高通發布了神經處理引擎SDK。

在驍龍835、845和855發布后，2019年，高通正式發布第五代AI Engine驍龍865移動平臺。

高通第五代AI Engine支持許多移動端的新老應用，包括AI實時語音翻譯、人像留色、背景虛化、AI一鍵多拍、夜景拍攝與人像智能識別……

今年，高通也同樣在AI賽道上飛速奔馳。

6月18日，高通推出全球首款支持5G和AI的機器人平臺RB5。

此后推出了驍龍690 5G移動平臺、驍龍750G 5G移動平臺等，同樣支持第五代AI Engine。

9月初，驍龍8cx第二代5G計算平臺發布，支持AI Engine。

同樣在近期，Facebook發布的Oculus Quest 2首次搭載了驍龍XR2平臺，與前代平臺相比，驍龍XR2平臺的AI處理能力提升高達11倍，能夠支持更多感知算法。

9月中旬，高通的云端推理芯片Cloud AI 100已經出貨，同時，高通開始探索Cloud AI 100邊緣方案開發套件，并已實際交付。

這是它在AI芯片行業、邊緣人工智能邁出的新一步。

在全球人工智能產業的生態系統逐步成型的當下，AI已然成為各行各業加速發展的助推器。

高通也不例外，從手機、PC、XR到機器人等等，它在飛速推動各領域的AI升級。

目前，高通的所有系統級芯片都支持AI、或集成AI Engine。

對于AI芯片而言，就像產品的最終目的是落地一樣，從“云端”到“邊緣”也是一種必然的趨勢。

如果只將目光放在眼下單一領域的利益發展、而非多角度進行探索，將難以在競爭愈漸激烈的行業中謀得生存。高通的全方位投入所取得的成果，讓AI行業看見了新的范例。

參考鏈接：
https://www.globenewswire.com/news-release/2019/01/23/1703961/0/en/21-1-Billion-Data-Center-Accelerator-CPU-GPU-FPGA-ASIC-Market-2018-Global-Forecast-to-2023.html

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