黃智杰：沖浪AI中國(guó)芯

孫裕

從機(jī)頂盒芯片跨界到人工智能芯片，杭州國(guó)芯與這些國(guó)際大公司競(jìng)爭(zhēng)有幾成勝算？杭州國(guó)芯能否憑借GX8010為中國(guó)的人工智能芯片打開一片天空？在跨界的背后杭州國(guó)芯又有怎樣的戰(zhàn)略考慮？杭州國(guó)芯總經(jīng)理黃智杰為我們作了全面解讀。

就在中興事件令國(guó)人為“缺芯少魂”而扼腕的時(shí)刻，2017年10月，杭州國(guó)芯在深圳舉辦了一場(chǎng)發(fā)布會(huì)，發(fā)布了其新產(chǎn)品——AI終端芯片GX8010，這是國(guó)內(nèi)首款具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的、搭載NPU的物聯(lián)網(wǎng)人工智能芯片。有了這款芯片，相當(dāng)于給萬物添加了一個(gè)語音入口。無論是冰箱、彩電、洗衣機(jī)、油煙機(jī)、微波爐都將成為“聽話”的家電。只要?jiǎng)觿?dòng)嘴巴，空調(diào)會(huì)調(diào)到你需要的溫度，電動(dòng)窗簾會(huì)自動(dòng)開合，電機(jī)視會(huì)調(diào)到你想看的頻道，音響會(huì)調(diào)到適當(dāng)?shù)囊袅?，智能玩具?huì)聽話地唱歌、跳舞，幫你搜尋資料，甚至與你展開對(duì)話。

物聯(lián)網(wǎng)+人工智能+芯片，三個(gè)當(dāng)前最熱門的概念加在一起，自然引起業(yè)內(nèi)廣泛關(guān)注。人工智能的世界神奇而又充滿想象空間。與此同時(shí)，這又是一個(gè)高手云集、國(guó)際巨頭深度布局、短兵交接的領(lǐng)域。

作為一家本土芯片公司，杭州國(guó)芯10多年來一直深耕數(shù)字電視芯片和機(jī)頂盒芯片。從機(jī)頂盒芯片跨界到人工智能芯片，杭州國(guó)芯與這些國(guó)際大公司競(jìng)爭(zhēng)有幾成勝算？杭州國(guó)芯能否憑借GX8010為中國(guó)的人工智能芯片打開一片天空？在跨界的背后杭州國(guó)芯又有怎樣的戰(zhàn)略考慮？杭州國(guó)芯總經(jīng)理黃智杰為我們作了全面解讀。

國(guó)芯的戰(zhàn)略新抉擇

2000年，浙江省政府提出了實(shí)施“一號(hào)工程”、建設(shè)“天堂硅谷”的號(hào)召。2001年，杭州國(guó)芯科技應(yīng)運(yùn)而生。2018年，浙江省政府又提出了全面實(shí)施數(shù)字經(jīng)濟(jì)“一號(hào)工程”的號(hào)召，杭州國(guó)芯推出了業(yè)內(nèi)首款量產(chǎn)的人工智能芯片?！斑@不是巧合，而是一種必然?！秉S智杰說。

2000年，數(shù)字電機(jī)開始大行其道，國(guó)家為了推動(dòng)國(guó)產(chǎn)機(jī)頂盒芯片的發(fā)展，邀集了幾家科研院校的相關(guān)專家共同制定數(shù)字標(biāo)準(zhǔn)。浙江大學(xué)也是制定標(biāo)準(zhǔn)的成員之一。2001年，浙江大學(xué)的科研團(tuán)隊(duì)成立了杭州國(guó)芯科技有限公司。

“取‘國(guó)芯作為企業(yè)名稱，是因?yàn)楫?dāng)時(shí)在中國(guó)，我們是最早一批的芯片設(shè)計(jì)公司?！秉S智杰介紹，自成立以來，杭州國(guó)芯一直專業(yè)從事數(shù)字電視及音視頻電子產(chǎn)品的IC芯片設(shè)計(jì)，并逐漸成為全球主要的機(jī)頂盒芯片供應(yīng)商之一。

機(jī)頂盒芯片行業(yè)屬于資本密集型、技術(shù)密集型、人才密集型兼而有之的行業(yè)，發(fā)展迅速并競(jìng)爭(zhēng)激烈，在有線機(jī)頂盒芯片市場(chǎng)上，除了芯片的成熟度，應(yīng)用終端的廣泛性、技術(shù)的領(lǐng)先性，以及是否能夠給客戶提供全面的解決方案都是決定芯片廠商市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的重要因素。黃智杰回憶道，雖然國(guó)芯開發(fā)的數(shù)字電視機(jī)頂盒芯片產(chǎn)品線齊全，并已遍布全球。但是，從2016年開始，全球機(jī)頂盒芯片市場(chǎng)開始進(jìn)入長(zhǎng)尾的狀態(tài)。

“聚焦家庭，成為智慧家庭芯片及解決方案的引領(lǐng)者，這是公司的新定位?！秉S智杰表示。2015年左右，國(guó)芯提出了新的口號(hào)：用“芯”塑造美好生活，而發(fā)展的重點(diǎn)領(lǐng)域則是數(shù)字電視、家庭多媒體和人工智能。

當(dāng)前全球正在爆發(fā)人工智能產(chǎn)業(yè)浪潮，人工智能可能成為下一次工業(yè)革命的核心驅(qū)動(dòng)力。人工智能意味著全新的技術(shù)變革，算法、硬件、軟件的深度整合，巨大的市場(chǎng)機(jī)會(huì)和重新起跑的機(jī)會(huì)。物聯(lián)網(wǎng)加人工智能意味著萬億級(jí)的市場(chǎng)。這是國(guó)芯必須搶抓的戰(zhàn)略機(jī)遇。

黃智杰分析，經(jīng)過17年的發(fā)展，國(guó)芯已有充足的人才儲(chǔ)備，公司擁有浙江大學(xué)博士點(diǎn)、博士后工作站、浙江省重點(diǎn)企業(yè)研究院、浙江省企業(yè)技術(shù)中心，同時(shí)也是杭州集成電路設(shè)計(jì)基地，并先后獲得“國(guó)家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)”“浙江省科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)”“十年中國(guó)芯領(lǐng)軍企業(yè)獎(jiǎng)”“中國(guó)芯最佳市場(chǎng)表現(xiàn)獎(jiǎng)和潛質(zhì)獎(jiǎng)”等，被國(guó)家發(fā)改委授予“國(guó)家高技術(shù)產(chǎn)業(yè)化十年成就獎(jiǎng)”，并多次獲得工信部頒發(fā)的“信息產(chǎn)業(yè)重大技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)”。

“國(guó)芯有成熟的芯片設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，完整立體的技術(shù)體系，完善的產(chǎn)品規(guī)劃和產(chǎn)品管理體系，具備從未來應(yīng)用場(chǎng)景出發(fā)定義芯片產(chǎn)品的能力，有廣泛的客戶渠道和完整的客戶服務(wù)體系，能為終端客戶提供完整解決方案，同時(shí)具有極致的芯片成本及BOM成本控制能力。”黃智杰說。機(jī)頂盒和AI看似兩個(gè)完全不相關(guān)的領(lǐng)域，但其實(shí)，機(jī)頂盒芯片負(fù)責(zé)處理圖像和聲音信號(hào)，而圖像和聲音正是當(dāng)下AI的兩大基礎(chǔ)任務(wù)，兩種技術(shù)之間有互通之處。因此，國(guó)芯開發(fā)人工智能芯片可以是說十年磨一劍，是公司新時(shí)代發(fā)展的必然抉擇。

稟賦超然的GX8010

“國(guó)芯于2016年初成立了AI事業(yè)部‘BUX，‘BUX中的X，就代表著充滿未知的人工智能應(yīng)用?！秉S智杰介紹，國(guó)芯首先從神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理器（NPU）的開發(fā)入手，投入重兵深入研究，不僅研制成功了第一代神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理器gxNPU，還完成了整體SOC芯片的設(shè)計(jì)和量產(chǎn)。這款NPU處理器專門為人工智能而定制，100%由杭州國(guó)芯自主研發(fā)。gxNPU配置了64×64 MAC，支持FP32/FP16/Int8，支持DNN/CNN/LSTM等主流網(wǎng)絡(luò)。這與傳統(tǒng)同級(jí)CPU相比，在基于LSTM語音識(shí)別任務(wù)對(duì)比測(cè)試，結(jié)果顯示其計(jì)算速度提升了30倍，能效提升了100倍，內(nèi)存占用僅為過去的十分之一。

“目前在移動(dòng)終端市場(chǎng)，iPhone X內(nèi)置了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理器（NPU），華為Mate10也搭載了AI芯片，包括寒武紀(jì)和深鑒科技也已推出了自研的NPU和指令集?！秉S智杰介紹，杭州國(guó)芯的物聯(lián)網(wǎng)人工智能芯片GX8010，分別是由Arm內(nèi)核、NPU、語音子模塊、視覺子模塊等構(gòu)成，采用了多核異構(gòu)的架構(gòu)，把CPU、NPC、DSP和MCU都集成在一顆芯片中，使功耗、成本、性能實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化和平衡點(diǎn)。

黃智杰進(jìn)一步介紹，GX8010采用多核異構(gòu)的架構(gòu)，可以充分發(fā)揮各個(gè)核的優(yōu)勢(shì)，使用起來更靈活。國(guó)芯還針對(duì)性地設(shè)計(jì)了多電源域和多級(jí)喚醒等功能，從而大幅降低功耗。例如，智能音箱在待機(jī)中，需要時(shí)刻監(jiān)聽有沒有語音指令，用傳統(tǒng)的CPU去做是很難實(shí)現(xiàn)低功耗待機(jī)，GX8010多級(jí)喚醒在芯片前端設(shè)計(jì)VAD（Voice Activity Detection）技術(shù)，可以根據(jù)是否有聲音、是否有人聲、是否是關(guān)鍵詞等多個(gè)等級(jí)來做硬件劃分，逐級(jí)喚醒系統(tǒng)，從而大幅降低了功耗。

更重要的是采用GX8010的智能音箱還具備可離線、可移動(dòng)等特性，即便在不能聯(lián)網(wǎng)的環(huán)境下，也能賦予離線的人工智能能力，實(shí)現(xiàn)幾米開外的交互。以前的人工智能音箱，只能采用傳統(tǒng)CPU在云端做數(shù)據(jù)處理，而隨著AI的邊緣計(jì)算需求的增強(qiáng)，國(guó)芯專門設(shè)計(jì)了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)壓縮引擎NCompressor，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)稀疏特性，可實(shí)現(xiàn)6—10倍的壓縮效果，并在前端進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算處理。

為了配合編譯壓縮工具，國(guó)芯還發(fā)布了全套神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)開發(fā)SDK，只需要簡(jiǎn)單三步，就能完成模型從服務(wù)器到芯片的部署。首先，在Tensorflow等平臺(tái)訓(xùn)練，生成模型的網(wǎng)表文件。其次，使用gxNPUC（神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)編譯器）進(jìn)行編譯和壓縮，生成指令bin文件。最后，在芯片上使用gxDNN加速庫，將編譯的模型在芯片本地運(yùn)行即可。

國(guó)芯的這些獨(dú)創(chuàng)設(shè)計(jì)解決了困擾業(yè)界的痛點(diǎn)，使其成為一款性能超群、功能強(qiáng)大的人工智能芯片。因此，GX8010一經(jīng)出現(xiàn)立即受到業(yè)界追捧，并迅速實(shí)現(xiàn)了量產(chǎn)。

國(guó)際化集成開發(fā)模式

在芯片行業(yè)有一句話：“做芯片，5年是業(yè)余者，10年是入門者，15年才有可能獲得成功?！睘楹螄?guó)芯能在短短一年多的時(shí)間里就開發(fā)出如此高水平的人工智能芯片？

“這句話可能有點(diǎn)誤解，一方面，國(guó)芯已經(jīng)做了17年的芯片，積累了豐富的經(jīng)驗(yàn);另一方面，國(guó)芯采用了國(guó)際化集成的開發(fā)模式?！?/p>

作為一款物聯(lián)網(wǎng)人工智能芯片，實(shí)際上，要想真正落地，光有NPU還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。因?yàn)?，整個(gè)AI交互過程非常復(fù)雜，除了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算，還包括傳感器接入、信號(hào)處理、檢測(cè)識(shí)別，以及軟件層面的決策和反饋等。環(huán)節(jié)眾多，每一處需要的算法和計(jì)算特性都不相同。

比如，在智能語音交互領(lǐng)域，當(dāng)前語音識(shí)別的巨大挑戰(zhàn)就在于前端的語音降噪，為了解決噪聲和有效語音分離問題，業(yè)內(nèi)的通常做法是引入麥克風(fēng)陣列，利用空間信息進(jìn)行降噪濾波。但是，多個(gè)麥克風(fēng)的引入的做法首先對(duì)硬件上的接口提出了要求，一些傳統(tǒng)芯片沒有這么多接口，只能通過其他器件來擴(kuò)展。同時(shí)多路信號(hào)的接入，也使得前端語音處理計(jì)算量大增，大家用傳統(tǒng)芯片中CPU軟解已是十分吃力。

為了解決這一問題，國(guó)芯在芯片中集成其長(zhǎng)期合作伙伴Cadence Tensilica（楷登電子旗下泰思立達(dá)公司）的語音DSP Hifi—4。黃智杰介紹，Cadence Tensilica HiFi DSP系列是全球最廣泛使用的音頻/聲音/語音處理器。而這顆DSP Hifi—4則專門為智能語音而設(shè)計(jì)，可以進(jìn)行各種語音信號(hào)處理計(jì)算。此外，GX8010芯片支持8通道麥克風(fēng)接口，不僅有PDM和I2S數(shù)字接口，還內(nèi)置了8路ADC直接支持模擬麥克風(fēng)。

在算法方面，國(guó)芯則與Rokid（若琪）和思必馳合作，這兩家擁有語音技術(shù)的公司為國(guó)芯提供算法支持。今后國(guó)芯還會(huì)選擇更多的語音公司同時(shí)介入，因?yàn)檫@樣的話，當(dāng)一家有人工智能IoT設(shè)備需求的公司找到國(guó)芯時(shí)，能夠根據(jù)所需設(shè)備類型找到相應(yīng)的頂層算法。例如對(duì)于想做車載語音后視鏡的公司來說，采用國(guó)芯的芯片以及思必馳的技術(shù)能夠輕松完成產(chǎn)品研發(fā);同樣的，對(duì)于想做智能音箱的公司來說，可以選擇國(guó)芯的芯片加上Rokid的技術(shù)。

與此同時(shí)，GX8010芯片還用上了來自中天微的國(guó)產(chǎn)CK802處理器。

“芯片研發(fā)就應(yīng)該是多方合作的結(jié)果，并不是所有技術(shù)都需要自己開發(fā)?！秉S智杰認(rèn)為，“在芯片研發(fā)上，中國(guó)企業(yè)必須有自己的核心技術(shù)。你有自己的核心技術(shù)，又有市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)，就不可能出現(xiàn)‘中興通訊現(xiàn)象，如果你只是造個(gè)殼，核心技術(shù)都需要向別人購(gòu)買，這樣的企業(yè)才會(huì)有真正的危機(jī)?！?/p>

談及人工智能芯片未來的發(fā)展，黃智杰介紹，GX8010人工智能芯片采用了TSMC的40納米的工藝，下游客戶已成功開發(fā)出應(yīng)用GX8010的智能音箱、智能玩具和陪護(hù)機(jī)器人等產(chǎn)品，現(xiàn)在已經(jīng)進(jìn)入到量產(chǎn)過程。此外，國(guó)芯推出了一款智能語音前端GX8008人工智能芯片，它可以通過USB接插的方式，幫助客戶現(xiàn)有的產(chǎn)品方案，如DTV、智能后視鏡、STB和陪伴機(jī)器人，快速實(shí)現(xiàn)智能語音識(shí)別的前端方案。

國(guó)芯物聯(lián)網(wǎng)人工智能芯片，有理由值得我們期待！