AI芯片+AI服務(wù)器，受益于AIGC+類GPT等應(yīng)用的鯰魚效應(yīng)，帶來約百倍算力需求。原有英偉達(dá)等供給有限（根據(jù)IDC咨詢，預(yù)測2025年AI服務(wù)器市場空間僅僅318億美元，預(yù)計(jì)21-25年CAGR僅僅19.5%），因此國產(chǎn)AI芯片在邏輯上有爆發(fā)彈性，此外AI服務(wù)器也有成長空間。
人工智能芯片主要分為“訓(xùn)練（Training）”芯片和“推理（Inference）”芯片。從技術(shù)架構(gòu)來看，AI芯片主要分為圖形處理器（GPU）、現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA）、專用集成電路（ASIC）、中央處理器（CPU）四大類。其中，GPU是較為成熟的通用型人工智能芯片，F(xiàn)PGA和ASIC則是針對人工智能需求特征的半定制和全定制芯片，GPU、FPGA、ASIC作為加速芯片協(xié)助CPU進(jìn)行大規(guī)模計(jì)算。
三類芯片用于深度學(xué)習(xí)時(shí)各有優(yōu)缺點(diǎn)：
（1）通用性：GPU>FPGA>ASIC，通用性越低，代表其適合支持的算法類型越少。
（2）性能功耗比：GPU<FPGA<ASIC，性能功耗比越高越好，意味著相同功耗下運(yùn)算次數(shù)越多，訓(xùn)練相同算法所需要的時(shí)間越短。
目前AI芯片主要被國際廠商壟斷，根據(jù)Counterpoint、IDC數(shù)據(jù)，Intel和AMD共計(jì)占2022年全球數(shù)據(jù)中心CPU市場收入的92.45%，Nvidia占2021年中國加速卡市場份額的80%以上。
在不同的應(yīng)用場景之下，已經(jīng)形成了不同的AI芯片競爭格局。
1.云和數(shù)據(jù)中心AI芯片市場
在云和數(shù)據(jù)中心AI芯片市場，“訓(xùn)練”和“推理”兩個(gè)環(huán)節(jié)都是英偉達(dá)GPU一家獨(dú)大，幾乎占據(jù)90%以上份額，包括AWS、微軟Azure、谷歌云、阿里云、華為云、騰訊云在內(nèi)的大部分公有云廠商上線的AI加速計(jì)算公有云服務(wù)絕大部分都是基于英偉達(dá)Tesla系列GPU。
（1）云端訓(xùn)練
云端訓(xùn)練用的幾乎全部是英偉達(dá)GPU，公有云廠商中僅谷歌云一家除了提供以英偉達(dá)GPU為主的云計(jì)算加速服務(wù)之外，還推出了基于自研AI芯片TPU的深度學(xué)習(xí)訓(xùn)練服務(wù)；
（2）云端推理
云端推理目前出現(xiàn)了基于GPU、FPGA、ASIC三種不同芯片云計(jì)算服務(wù)，但是市場份額仍然以英偉達(dá)GPU為主，其中AWS、阿里云、騰訊云、華為云等公有云廠商均推出了FPGA加速計(jì)算云服務(wù)，另外AWS推出了基于自研AI芯片Inferentia的ASIC加速計(jì)算服務(wù)，華為云推出了基于自研AI芯片昇騰310的ASIC加速計(jì)算服務(wù)。
2.設(shè)備端和邊緣計(jì)算“推理”市場
在設(shè)備端和邊緣計(jì)算“推理”市場，各類型芯片各自為陣，尚無絕對優(yōu)勢地位的芯片廠商出現(xiàn)——手機(jī)市場以高通、華為、蘋果原主控芯片廠商為主，自動(dòng)駕駛、安防IPC領(lǐng)域英偉達(dá)暫時(shí)領(lǐng)先。
（1）國產(chǎn)CPU加速追趕
全球服務(wù)器CPU市場目前被Intel和AMD所壟斷，國產(chǎn)CPU在性能方面與國際領(lǐng)先水平仍有差距。根據(jù)Counterpoint數(shù)據(jù)，在2022年全球數(shù)據(jù)中心CPU市場中，Intel以70.77%的市場份額排名第一，AMD以19.84%的份額緊隨其后，剩余廠商僅占據(jù)9.39%的市場份額，整體上處于壟斷局面；目前國內(nèi)CPU廠商主有海光信息、海思、飛騰、龍芯中科、申威等。通過產(chǎn)品對比發(fā)現(xiàn)，目前國產(chǎn)服務(wù)器CPU性能已接近Intel中端產(chǎn)品水平。
值得一提的是，龍芯CPU從指令集、IP核、芯片模塊等完全自主設(shè)計(jì)，目前基于LoongArch(龍架構(gòu))的第四范式Sage AIOS平臺已完成與龍芯3C5000系列芯片的深度適配。通過軟硬件協(xié)同調(diào)優(yōu)，邏輯回歸、決策樹模型、深度稀疏神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等機(jī)器學(xué)習(xí)算法在龍芯3C5000系列上的性能，接近某國外主流CPU的水平。
龍芯中科CPU方案推薦
龍芯中科設(shè)計(jì)推出軌道交通專用無風(fēng)扇ECU，整機(jī)采用龍芯3號CPU，板貼4G DDR4內(nèi)存顆粒，最大支持8G。支持3*VGA+1*LVDS顯示接口，最大支持4路獨(dú)立顯示。支持14個(gè)COM，6個(gè)USB，2個(gè)RJ45千兆網(wǎng)口，24路DIO。支持DC 9-36V寬壓輸入。該設(shè)備可廣泛應(yīng)用于軌道交通、輕軌和高鐵行業(yè)各種自助售檢票系統(tǒng)、屏蔽門等場景。
龍芯3號工控機(jī)
全球GPU芯片市場主要由海外廠商占據(jù)壟斷地位，國產(chǎn)廠商加速布局。全球GPU市場被英偉達(dá)、英特爾和AMD三強(qiáng)壟斷，英偉達(dá)憑借其自身CUDA生態(tài)在AI及高性能計(jì)算占據(jù)絕對主導(dǎo)地位；國內(nèi)市場中，景嘉微在圖形渲染GPU領(lǐng)域持續(xù)深耕，另外天數(shù)智芯、壁仞科技、登臨科技等一批主打AI及高性能計(jì)算的GPGPU初創(chuàng)企業(yè)正加速涌入。
（3）FPGA/ASIC國產(chǎn)替代正當(dāng)時(shí)
FPGA全球市場呈現(xiàn)“兩大兩小”格局，Altera與Xilinx市占率共計(jì)超80%，Lattice和Microsemi市占率共計(jì)超10%；整體來看，安路科技、紫光同創(chuàng)等廠商處于國際中端水平，仍需進(jìn)一步突破。工藝制程方面，當(dāng)前國產(chǎn)廠商先進(jìn)制程集中在28nm，落后于國際16nm水平；在等效LUT數(shù)量上，國產(chǎn)廠商旗艦產(chǎn)品處于200K水平，僅為XILINX高端產(chǎn)品的25%左右。
ASIC不同于CPU、GPU、FPGA，目前全球ASIC市場并未形成明顯的頭部廠商，國產(chǎn)廠商快速發(fā)展；通過產(chǎn)品對比發(fā)現(xiàn)，目前國產(chǎn)廠商集中采用7nm工藝制程，與國外ASIC廠商相同；算力方面，海思的昇騰910在BF16浮點(diǎn)算力和INT8定點(diǎn)算力方面超越Googel最新一代產(chǎn)品TPUv4，遂原科技和寒武紀(jì)的產(chǎn)品在整體性能上也與Googel比肩。未來國產(chǎn)廠商有望在ASIC領(lǐng)域繼續(xù)保持技術(shù)優(yōu)勢，突破國外廠商在AI芯片的壟斷格局。
END
