市場調研機構 ReportLinker 認為,預計到 2023 年,全球 AI 芯片的規模為 108 億美元,年復合增長率達到 53.6%,另一家機構 Allied Market Research 的預測則顯示,預計到 2025 年,AI 芯片市場規模為 378 億美元,年復合增長率為 40.8%。

 

盡管兩份預測有所差異,但都明確指出了一點:未來幾年,AI 芯片行業的市場巨大,且增速驚人。


縱觀 AI 整體發展情況,可以看到,AI 行業的發展已經從以技術驅動逐步發展成為了一個以場景和應用驅動為主的產業。在摩爾定律逐漸失效的歷史背景下,僅僅依靠傳統的 CPU 架構,已經無法滿足當下的計算需求,由通用型的 CPU 向 GPU、TPU 等具備特定功能屬性的專用型芯片轉移的芯片架構演變之路正在成型。

 

英偉達和谷歌相應提出了依靠 GPU 架構和云端 TPU 來應對 AI 對于計算能力的巨大需求,AI 芯片的出現成為了 AI 行業發展的必然。

 

可以發現,在 AI 芯片架構變革的背后其實是各行各業對于日益高漲的 AI 算力需求的急劇提升。

 

上述兩家公司的解決方案成為過去幾年來行業主流的 AI 芯片選擇,但這遠不能滿足行業對于 AI 芯片的需求。一方面,在兩家公司分別壟斷了 GPU 和 TPU 的背景下,市場也需要如 FPGAASIC 等其他類型的芯片;另一方面,AI 芯片的市場規模以及增長前景喜人,需要更多的參與者。

 

 

基于對 AI 芯片行業變革的感知以及預判,比特大陸確定了自身結合快速發展的行業需求以及場景,進軍 AI 芯片領域。“未來 5 年內,公司 40%的收入來自 AI 部門”,比特大陸聯席董事會主席和聯席首席執行官吳忌寒在 2018 年 5 月接受媒體采訪時這樣表示。


比特大陸概述

比特大陸成立于 2013 年,專注于區塊鏈和人工智能領域,公司總部位于北京,目前設有 18 個研發中心和子公司,遍布全球 7 個國家和地區。

 

在區塊鏈部分,比特大陸成立不久后即遭遇熊市,幾乎破產,在其他競爭對手被寒冬清洗消亡的時候,憑著對區塊鏈及數字貨幣的堅守,比特大陸在熊市仍投入巨資研發礦機,終于在 2017 年的行業大牛市中迅速崛起,一舉成為占據礦機市場 70%份額的行業壟斷者。

 

數字貨幣價格暴漲及壟斷的市場地位給比特大陸帶來豐厚的利潤。2017 年,比特大陸的凈利潤為 7 億美元,2018 年上半年更是高達 7.4 億美元,估值也近 150 億美元。

 

從天眼查數據顯示,自成立以來,比特大陸主要獲得了三輪融資,分別發生在 2017 年 8 月、2018 年 6 月和 2018 年 8 月。金額如下:

 

  • 2017 年 8 月完成 A 輪,融資額 5000 萬美元;
  • 2018 年 6 月完成 B 輪,融資額 3 億美元;
  • 2018 年 8 月完成 B+輪,融資額 4.4 億美元。


根據 Frost&Sullivan 的統計,比特大陸已成為全球前十大、中國第二大無晶圓廠集成電路設計企業,其聚焦于算力芯片,將基礎運算以及算子快速的融合到芯片里面,從而使得在滿足快速變化的行業需求的同時也提升芯片的運算性能。

 

在 AI 領域,比特大陸是世界上少數幾家有能力開發云端人工智能芯片的公司之一,其 AI 芯片在芯片、板卡、服務器、以及一些終端的產品形態之上都有涉及,可廣泛應用于人臉識別、自動駕駛、城市大腦、智能政務、智能安防、智能推薦、智能醫療等諸多人工智能場景。

 

近日,比特大陸正式推出了第三代 AI 芯片 BM1684,同時也宣布 BM1684 將作為算力芯片,賦能福州城市大腦,助力數字福州、數字中國的建設。

 

借此機會,我們一起來回顧比特大陸 AI 芯片的發展歷程以及未來發展規劃。

 

 

比特大陸 AI 芯片歷程

過去幾年,人工智能的爆發吸引了眾多芯片廠商以不同形態投身其中,當中以英偉達的 GPU、谷歌的 TPU 和賽靈思的 FPGA 最具代表性。與此同期,多款專為 AI 設計的 ASIC 芯片的也相繼而至,全球 AI 芯片競爭進入了白熱化階段。


據比特大陸產品戰略總監湯煒偉在公開場合透露的消息,比特大陸在 2015 年就開始布局 AI 芯片。彼時,正是行業普遍認識到通用處理器無法應對 AI 處理任務并發力專用處理器的時間點,從這個角度可以看出,比特大陸的 AI 芯片布局相對較早。

 

作為 ASIC 芯片的一貫支持者,比特大陸認為,ASIC 設計起來比 CPU、GPU 簡單,且更適合實現深度學習算法,因此他們選擇推出 ASIC 芯片為人工智能助力。

 

  • BM1680

2017 年 11 月,比特大陸正式推出了其人工智能品牌算豐(SOPHON),發布了全球首款公開發售的 TPU 芯片 BM1680。

 

圖片來源:比特大陸官網

 

與大部分 AI 芯片初創公司不同,比特大陸推出的 BM1680 是云端 AI 芯片,這一市場有更高的技術和市場門檻。BM1680 是一顆面向深度學習應用的張量計算加速處理的專用定制芯片,適用于 CNN、RNN、DNN 等深度神經網絡的推理預測和訓練。芯片由 64 NPU 構成,特殊設計的 NPU 調度引擎(Scheduling Engine)可以提供強大的數據吞吐能力,將數據輸入到神經元核心(Neuron Processor Cores)。

 

BM1680 采用改進型脈動陣列結構。單芯片能夠提供 2TFlops 單精度加速計算能力,片上 32MB SRAM 擁有高帶寬,在片外有 DDR4 內存接口,單芯片可支持高達 16GB DDR 內存。

 

比特大陸還通過在芯片內集成高度定制的 BMDNN Chip link 芯片鏈路技術,實現在高速 SerDes 上提供穩定,靈活,低延遲的鏈路,可以使多個 BM1680 芯片一起工作,使其作為一個統一的系統,提供更高的處理能力。

 

  • BM1682

時隔不足一年,2018 年 3 月,比特大陸又推出其第二款 TPU 芯片 BM1682,據資料顯示,BM1682 是一塊專門用于圖像 / 視頻處理方向的人工智能芯片。

 

圖片來源:比特大陸官網

 

BM1682 芯片峰值算力達到 3TFlops,功耗為 30W,是比特大陸面向深度學習領域推出的第二代人工智能芯片,可脫離 X86 CPU 單獨存在,支持客戶二次開發。BM1682 芯片擁有單芯片八路 H.264、H.265 解碼能力,支持視頻圖像后處理硬件加速,此外,BM1682 提供了豐富的外界交互接口,如高速接口 PCIE、以太網、SDIO3.0、WIFI 等,易于橫向擴展。

 

BM1682 與 BM1680 使用了相同的深度學習算法的硬件加速模塊,均支持的主流的 CNN/RNN/DNN 深度學習架構,但相比 BM1680 而言,BM1682 具有更強大的深度學習算法執行能力,此外 BM1682 還增加了視頻處理子模塊,以及適用于具體應用場景的諸多功能模塊。BM1682 相比 BM1680 擁有更高密度的特點,實際性能大幅提升。

 

圖片來源:比特大陸官網

 

基于 BM1682 芯片,比特大陸研發了深度學習加速卡 SC3、智能服務器 SA3、人臉識別服務器 SS3-C3 和嵌入式 AI 迷你機 SE3 等,廣泛應用于安防、互聯網、園區等領域。

 

  • BM1880

2018 年 10 月,比特大陸推出首款邊緣 AI 協處理器 BM1880 芯片,BM1880 采用 28nm 工藝,是一款聚焦于邊緣應用的深度學習推理人工智能芯片,BM1880 提供 1TOPS 的 INT8 運算能力,在 Winograd 卷積加速下,可以提供 2TOPS 的 INT8 運算能力,特殊設計的 TPU 調度引擎能有效地為所有的張量處理器核心提供極高的帶寬數據流。

 

圖片來源:比特大陸官網

 

芯片內含 2MB 內存, 可以為性能優化和數據重用提供最佳的編程靈活性。同時,BM1880 也為用戶提供了強大的深層學習模型編譯器和軟件 SDK 開發包,Caffe、Tensorflow 等主流深層學習框架可以輕松地移植到 BM1880 平臺上,常見的 CNN/RNN/ DNN 等神經網絡模型也均可運行。

 

除了神經處理模塊,BM1880 內還集成了 2 顆 ARM 1.5GHz Cortex A53 處理器,還集成了一顆單核 1GHz 的 RISC-V 處理器。同時芯片集成 H.264 解碼(2 路 1080p 30fps)和 MJPEG 編解碼能力,并且支持多芯片平行運算拓展。

 

在此之前,比特大陸的 BM1680 和 BM1682 AI 芯片系列都一直主打高性能的云端場景,這是比特大陸首次推出邊緣 AI 芯片。比特大陸產品戰略總監湯煒偉表示,比特大陸在云端高性能 AI 芯片方面有強大的技術積累,但目標市場應用需要端云一體化的 AI 解決方案,因此比特大陸決定開發并推出端側的 AI 芯片及解決方案,與云端采用同一架構。這也意味著在 AI 芯片領域比特大陸實現了端云協同的布局。

 

BM1880 AI 芯片可以對外單獨發售,廠家可以將它集成在智能攝像機、監控攝像機、以太網接口的 AI 盒子里。同時也將以 USB 人工智能算力棒、USB 人工智能模塊、開發板的形式對外銷售。

 

根據比特大陸展示的終端 AI 芯片路線圖,公司將于 2019 年推出面向智能攝像機、智能機器人的 BM1882 芯片;2020 年推出面向智能家居、智能攝像機的 BM1884 芯片。

 

  • BM1684

9 月 17 日,比特大陸發布其算豐第三代 AI 芯片 BM1684,該芯片聚焦于云端及邊緣應用的人工智能推理,采用臺積電 12nm 工藝,具有低功耗、高性能、全定制的特點,在典型功耗僅 16w 的前提下,FP32 精度算力達到 2.2 TFlops,INT8 算力可高達 17.6Tops,在 Winograd 卷積加速下,INT8 算力更提升至 35.2Tops。

 

根據官方的介紹,BM1684 內置張量計算模塊 TPU,該 TPU 模塊包含 64 個 NPU 運算單元,每個 NPU 包括 16 個 EU 單元,總共有 1024 個 EU 運算單元。BM1684 為視頻處理做了特別優化,單芯片最高支持 32 路 H264/H265 的解碼能力,每秒 480 幀 JPEG/PNG 圖片編解碼,960 fps@1080p 視頻解碼能力,更內置了視頻圖像前后處理硬件加速模塊。

 

此外,BM1684 還支持 16 個 PCIE3.0 lane、2 個千兆以太口,具備多芯片級聯等特點。值得一提的是,BM1684 芯片內置 Trustzone、secureboot 以及多種加解密算法,可保護客戶的數據、模型安全可靠,創建安全可信的計算環境。

 

BM1684 也提供了強大的深度學習模型編譯器和軟件 SDK 開發包,支持主流的深度學習框架,包括 Caffe、Tensorflow、Mxnet,、Pytorch 等,開發者可輕松把訓練完備的神經網絡模型移植到 BM1684 平臺上,支持視頻結構化分析,可應用于人臉檢測與識別、車牌識別等場景,為城市大腦等各項決策提供強大的算力保證。

 

圖片來源:網友現場拍攝

 

比特大陸 4 款 AI 芯片特性匯總如下:

 

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AI 落地進展

 

  • 產品持續迭代

AI 芯片具備算力和功耗的優勢固然重要,同樣重要的是芯片的落地以及芯片的持續迭代。


技術方面,增強兼容性并降低使用門檻不可缺少。BM1684 提供深度學習模型編譯器和軟件 SDK 開發包,支持主流的深度學習框架,包括 Caffe、Tensorflow、Mxnet,、Pytorch 等,開發者可輕松把訓練完備的神經網絡模型移植到 BM1684 平臺上,支持視頻結構化分析,可應用于人臉檢測與識別、車牌識別等場景。

 

同時,為了保持芯片的競爭力還需要持續不斷地迭代。面向穩定的云端芯片市場,比特大陸保持比較快速的迭代。對此,比特大陸聯席 CEO 詹克團表示,現在 AI 的算法發展非常快,比特大陸的云端芯片還沒有推進到最先進的工藝節點,所以有機會讓它迭代速度更快一點,以求更快跟上市場需求。

 

硬件的快速迭代以及軟件的兼容性可以吸引用戶,軟硬一體化也是目前業界討論較多地降低 AI 門檻的方式。對此,詹克團認為,AI 領域軟硬一體化在終端攝像頭可能帶來成本和性能的優勢,但云端是一個通用的高性能計算中心平臺,一定要能夠支持多種不同算法。比特大陸在這方面也經過很長時間的思考,最后我們決定有所為有所不為,提供芯片和算力硬件,和更多的算法廠商合作打造生態。

 

 

  • 差異化市場策略

AI 芯片性能和技術再好,如果沒有合適的市場策略獲得客戶的認可,最終也逃不掉失敗的結局。

 

詹克團在發布會上表示,對于一款 AI 專用芯片,非常重要的工作就是要給它找到需要 AI 技術的場景來推廣落地芯片。當下智慧城市、安防監控都是非常重要的應用場景。

 

據悉,比特大陸的第二代已經不斷有訂單,第三代會在明年上半年推向市場。這就意味著比特大陸的云端 AI 芯片的落地已經取得了一定成果。

 

同時,由于云端 AI 芯片和終端 AI 芯片商業模式的不同,云端芯片注重性能,終端芯片強調成本,分別面向服務器以及終端 AI 產生的廠商。為此,比特大陸也有相應的市場策略,將終端 AI 芯片業務將從比特大陸分拆出去,分拆出去為北京晶視智能科技有限公司,專注于邊緣端 AI SoC 芯片的設計研發。分拆后,晶視科技將成建制完整吸納比特大陸旗下亞洲頂尖水平的邊緣端芯片研發團隊,該團隊基于算豐 TPU 所設計的新一代邊緣端 AI SoC 芯片將于 2019 年底正式發布。

 

目前,比特大陸將其 AI 芯片落地產業拓展到了安防、園區、智慧城市、互聯網四大類,已經為中國海峽項目成果交易會等展會提供人臉識別智能解決方案,并已經跟福州市、福建省電子信息集團簽訂了戰略合作協議,發展云服務、人工智能平臺等產業領域。


結語

一直以來,比特大陸都因其虛擬貨幣礦機銷售而聞名,公司營收對于虛擬貨幣市場有著高度依賴。

 

比特大陸在數字貨幣市場取得巨大的成功之后,在 AI 芯片熱潮襲來之時也加入了這一市場的競爭。如今已相繼推出了云端和終端 AI 芯片,拓寬 AI 落地行業的舉動,可以看作是其在 AI 領域的進一步發力。

 

對于特大陸而言,由于具備數字貨幣 ASIC 芯片的經驗,在轉向 AI 芯片市場的時候,具有技術優勢。更為重要的,是比特大陸在推出 AI 芯片的時候更多地關注到了應用需求,并且抓住了智慧城市建設的機會,尋找到了落地的途徑。在比拼 AI 芯片落地的時候,從技術和市場策略有針對性的提升,也將更大程度上使得比特大陸在 AI 芯片市場取得領先。

 

但據知情人透露,實際上算豐 BM1680 和第二款云端芯片 BM1682 出貨量非常少,“第一代幾乎沒有,第二代芯片出貨量總數僅為幾百片。因為芯片穩定性不夠,有些賣出去還會被客戶退回來。”

 

一名前比特大陸 AI 部門員工告訴與非網記者,兩款芯片出貨量低原因在于,第一代還處于驗證摸索、磨合團隊的階段,第二代產品主要針對園區和政府部門,客戶驗證比較仔細,銷售周期很長。他認為比特大陸推出的第三代芯片 BM1684 穩定性將大幅提升,在市場打開后,預計銷量會大幅上漲。

 

因此,目前 AI 芯片業務短期內還不太能為比特大陸貢獻營收,仍然是一個需要不斷投入的新業務。“未來 5 內比特大陸 40%的收入將來自 AI 芯片”的目標看上去似乎還有較長的路要走。

 

 

目前 AI 芯片的大規模應用主要是在云端,云端 AI 芯片也是比特大陸的側重業務。據市場研究顧問公司 Compass Intelligence 去年公布的全球 AI 芯片榜單顯示,英偉達、英特爾、IBM 等老牌芯片巨頭幾乎將云端 AI 芯片的軟硬件市場瓜分殆盡,留給新公司的空間已經越來越小了。

 

如今,在火熱的 AI 領域,作為一家成立 5 年的新興創業公司,比特大陸選擇了底層的 AI 芯片這條看起來最苦,卻也是最有長遠價值的領域。而隱藏在過往礦機芯片里的技術、人才積累,也是其在 AI 芯片領域的優勢所在。此外,無論是專注礦機芯片還是發力 AI 芯片,比特大陸始終圍繞產業底層的技術創新,加快行業的應用落地速度。

 

隨著 AI 需求從特定產業向全社會各個行業的延伸,以及 AI 芯片巨頭的先發優勢和市場占比現狀,比特大陸能否從芯片巨頭的夾擊中突圍,仍屬未知。

 

在陸續經歷裁員、更換 CEO、產能不足、赴港 IPO 失利、赴美 IPO... 等一系列變數之后,在夾縫中求生的比特大陸,未來或許還有一段令人期待的故事。

 

 

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