AI架構創新和高端芯片發展

摘要：在“2017中國集成電路產業促進大會”上，清華大學魏少軍教授就架構創新和高端芯片發展做了相關報告。根據魏少軍教授會上報告整理，已獲作者授權。關鍵詞：集成電路；架構創新；高端芯片

0 引言

隨著近年來人工智能（AI）的興起，Al芯片的需求量越來越大，性能要求越來越高。而Al運算量很大，這就意味著其需要有足夠高的運算速度，預計其運算速度需要達到每秒幾千億次。如果從能量效率角度分析，大概要做到每瓦1萬億次。因此，國內做Al芯片的企業大部分還在用專用芯片在做。采用專用集成電路的問題在于，當網絡一旦變化，專用集成電路做成的芯片將無法應對再應用。這就為可編程器件帶來了機遇。

1 FPGA難以達到Al的要求

可編程器件的一個優點是可以通過軟件的方式來改變芯片的功能，從而適應各種不同功能的應用。最終提升銷量，從而分攤產品的成本。

而現在較為常用的可編程器件——FPGA仍然存在諸多問題，還難以達到Al的速率及通過軟件改變芯片功能的需求。

1） FPGA的配置信息量很大，多達數十兆字節，因而所需配置時間也很長，大概要幾十毫秒，甚至幾秒。

2）能量效率低。FPGA面板利用率很低，大概只有5%用來進行計算，95%用來配置信息。正因為其95%是用來配置用的，還要耗電，因而能量效率很低。

3）另外，由于各方面原因，FPGA往往需要最先進的工藝，同時還必須要有電路設計的支持，這也帶來了高設計成本。

FPGA存在的問題總結起來包含十點：高細密度、配置信息量大、配置時間長、需要斷電靜態配置、沒有邏輯復用能力、面積利用率低、能量效率低、工藝要求較高、對開發人員知識儲備要求高、價格貴，具體如表1所示。……