?神經(jīng)元芯片成韓國的AI研發(fā)“明星”

人工智能專題⑤

納沛斯半導(dǎo)體是一家大型半導(dǎo)體封測企業(yè)，在韓國和全球半導(dǎo)體業(yè)界以技術(shù)和實(shí)力著稱。不久前，記者參加了納沛斯半導(dǎo)體公司的一場產(chǎn)品說明會(huì)，會(huì)后采訪了該公司未來智能事業(yè)部部門長安廷鎬先生。說明會(huì)由安先生主持，會(huì)上的明星是一款產(chǎn)品編號(hào)為NM500的AI芯片，被稱為全球第一片正式量產(chǎn)的神經(jīng)元芯片（NPU）。

前景繁榮，IT企業(yè)跨界半導(dǎo)體行業(yè)

全球半導(dǎo)體行業(yè)正在經(jīng)歷一輪長長的上升周期，韓國半導(dǎo)體企業(yè)紛紛交出亮眼的成績單。三星電子報(bào)出的一季度初步經(jīng)營數(shù)據(jù)，出現(xiàn)了147億美元的當(dāng)季運(yùn)營利潤，同比增長57.58%。三星電子的半導(dǎo)體部門也在時(shí)隔多年之后超越智能手機(jī)，成為集團(tuán)的盈利冠軍。LG電子日前發(fā)布的初步數(shù)據(jù)顯示，其2018年第一季度盈利增幅高達(dá)20%。

分析人士認(rèn)為，半導(dǎo)體行業(yè)的紅火短期內(nèi)不會(huì)結(jié)束。相反，物聯(lián)網(wǎng)、智能汽車、云計(jì)算等新型應(yīng)用正在引領(lǐng)半導(dǎo)體業(yè)務(wù)的新一輪繁榮。

面對嶄新的前景，IT企業(yè)跨界進(jìn)入半導(dǎo)體行業(yè)已經(jīng)成為一種趨勢，最突出的就是芯片設(shè)計(jì)業(yè)務(wù)。在AI芯片領(lǐng)域，最早向公眾展示人工智能魅力的IBM制造了自己的神經(jīng)元芯片，谷歌開發(fā)了自己的深度學(xué)習(xí)芯片。目前已經(jīng)發(fā)布的AI芯片已經(jīng)多達(dá)數(shù)十種，產(chǎn)品縮寫早已超越CPU的范疇，從APU開始一直排列到UPU。在這個(gè)節(jié)點(diǎn)上，納沛斯跨界發(fā)布AI芯片的商業(yè)邏輯是什么？

AI芯片，重要的行業(yè)發(fā)展方向

安廷鎬回答了科技日報(bào)記者的問題。他給出的理由是，“人工智能芯片是非常重要的行業(yè)發(fā)展方向”。

他介紹說，人工智能涵蓋的技術(shù)和領(lǐng)域很多，相互之間有大量交叉融合。在現(xiàn)階段，可以粗略地認(rèn)為，人工智能的核心技術(shù)以機(jī)器學(xué)習(xí)為主，機(jī)器學(xué)習(xí)大體上包括深度學(xué)習(xí)和神經(jīng)形態(tài)計(jì)算（Neuromorphic）兩個(gè)技術(shù)方向。其中，深度學(xué)習(xí)系統(tǒng)是由軟件和硬件共同搭建的混合平臺(tái)，軟件部分大多依照多層類神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)原理運(yùn)作，硬件主要使用CPU、GPU等相對“傳統(tǒng)的”處理器。而神經(jīng)形態(tài)計(jì)算系統(tǒng)則是一種按照類神經(jīng)網(wǎng)結(jié)構(gòu)搭建計(jì)算節(jié)點(diǎn)的硬件平臺(tái)，代表性產(chǎn)品就是神經(jīng)元芯片。

安廷鎬強(qiáng)調(diào)說，深度學(xué)習(xí)技術(shù)在軟件技術(shù)方面創(chuàng)新巨大，不過硬件仍然屬于馮·諾伊曼架構(gòu)，在并行處理速度和能耗方面難以克服自身短板。神經(jīng)元芯片則具有前所未有的超低能耗和處理效率。這種芯片基于硬件，使用大規(guī)模并行處理架構(gòu)，輸入的數(shù)據(jù)同時(shí)灌入每一個(gè)神經(jīng)元的內(nèi)存，因此能夠在較低的主頻下實(shí)現(xiàn)信息高速處理，同時(shí)保持低功耗狀態(tài)。更重要的是，神經(jīng)元芯片通過模式學(xué)習(xí)和識(shí)別完成工作，所有的神經(jīng)元可以在相同的時(shí)鐘周期內(nèi)完成一個(gè)識(shí)別。復(fù)雜的應(yīng)用場景可以通過增加神經(jīng)元的數(shù)量加以應(yīng)對。神經(jīng)元芯片可以處理各種類型的數(shù)據(jù)，包括各種傳感器產(chǎn)生的非特異性數(shù)據(jù)。

神經(jīng)元芯片，訓(xùn)練學(xué)習(xí)幾乎瞬間完成

NM500芯片封裝尺寸只有4.6×4.5毫米，主頻36兆赫，峰值功耗小于200兆瓦。NM500片載576個(gè)相同的神經(jīng)元，每個(gè)神經(jīng)元包括一個(gè)邏輯器件和一個(gè)256比特儲(chǔ)存器。納沛斯同時(shí)還展示了對應(yīng)的評估板，提供堆疊能力，集成有FPGA、運(yùn)動(dòng)傳感器、USB端口和SD卡插槽，支持Windows和Arduino開發(fā)環(huán)境。科技日報(bào)記者在現(xiàn)場演示中看到，一個(gè)由評估板和輕量機(jī)械臂構(gòu)成的實(shí)驗(yàn)裝置，能夠根據(jù)籌碼表面的圖案識(shí)別不同面值的籌碼，分類加以擺放。令人印象深刻的是，訓(xùn)練和學(xué)習(xí)新的籌碼圖案幾乎是瞬間完成的，評估板的開發(fā)環(huán)境簡潔方便，整個(gè)過程非常輕松。

安廷鎬介紹說，NM500是在獲得QV公司的設(shè)計(jì)授權(quán)之后加以產(chǎn)品化的，產(chǎn)品化過程應(yīng)用了納沛斯大量專屬技術(shù)。納沛斯看好神經(jīng)元芯片未來的發(fā)展前景。在即將到來的物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，互聯(lián)互通的設(shè)備數(shù)以百億或者千億計(jì)，這些設(shè)備產(chǎn)生的數(shù)據(jù)需要處理才能產(chǎn)生價(jià)值。神經(jīng)元芯片的應(yīng)用場景充滿了巨大的想象空間。