黃智杰：沖浪AI中國芯

孫裕

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

就在中興事件令國人為“缺芯少魂”而扼腕的時刻，2017年10月，杭州國芯在深圳舉辦了一場發(fā)布會，發(fā)布了其新產(chǎn)品——AI終端芯片GX8010，這是國內(nèi)首款具有自主知識產(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。只要動動嘴巴，空調(diào)會調(diào)到你需要的溫度，電動窗簾會自動開合，電機(jī)視會調(diào)到你想看的頻道，音響會調(diào)到適當(dāng)?shù)囊袅浚悄芡婢邥犜挼爻琛⑻瑁瑤湍闼褜べY料，甚至與你展開對話。

物聯(lián)網(wǎng)+人工智能+芯片，三個當(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，這又是一個高手云集、國際巨頭深度布局、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，杭州國芯與這些國際大公司競爭有幾成勝算？杭州國芯能否憑借GX8010為中國的人工智能芯片打開一片天空？在跨界的背后杭州國芯又有怎樣的戰(zhàn)略考慮？杭州國芯總經(jīng)理黃智杰為我們作了全面解讀。

國芯的戰(zhàn)略新抉擇

2000年，浙江省政府提出了實(shí)施“一號工程”、建設(shè)“天堂硅谷”的號召。2001年，杭州國芯科技應(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)“一號工程”的號召，杭州國芯推出了業(yè)內(nèi)首款量產(chǎn)的人工智能芯片。“這不是巧合，而是一種必然。”黃智杰說。

2000年，數(shù)字電機(jī)開始大行其道，國家為了推動國產(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)成立了杭州國芯科技有限公司。

“取‘國芯作為企業(yè)名稱，是因?yàn)楫?dāng)時在中國，我們是最早一批的芯片設(shè)計公司。”黃智杰介紹，自成立以來，杭州國芯一直專業(yè)從事數(shù)字電視及音視頻電子產(chǎn)品的IC芯片設(shè)計，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)展迅速并競爭激烈，在有線機(jī)頂盒芯片市場上，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競爭力的重要因素。黃智杰回憶道，雖然國芯開發(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)頂盒芯片市場開始進(jìn)入長尾的狀態(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。”黃智杰表示。2015年左右，國芯提出了新的口號：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，巨大的市場機(jī)會和重新起跑的機(jī)會。物聯(lián)網(wǎng)加人工智能意味著萬億級的市場。這是國芯必須搶抓的戰(zhàn)略機(jī)遇。

黃智杰分析，經(jīng)過17年的發(fā)展，國芯已有充足的人才儲備，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，同時也是杭州集成電路設(shè)計基地，并先后獲得“國家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎”“浙江省科技進(jìn)步一等獎”“十年中國芯領(lǐng)軍企業(yè)獎”“中國芯最佳市場表現(xiàn)獎和潛質(zhì)獎”等，被國家發(fā)改委授予“國家高技術(shù)產(chǎn)業(yè)化十年成就獎”，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”。

“國芯有成熟的芯片設(shè)計經(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，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，國芯開發(fā)人工智能芯片可以是說十年磨一劍，是公司新時代發(fā)展的必然抉擇。

稟賦超然的GX8010

“國芯于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。”黃智杰介紹，國芯首先從神經(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CPU相比，在基于LSTM語音識別任務(wù)對比測試，結(jié)果顯示其計算速度提升了30倍，能效提升了100倍，內(nèi)存占用僅為過去的十分之一。

“目前在移動終端市場，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。”黃智杰介紹，杭州國芯的物聯(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)揮各個核的優(yōu)勢，使用起來更靈活。國芯還針對性地設(shè)計了多電源域和多級喚醒等功能，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多級喚醒在芯片前端設(shè)計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)鍵詞等多個等級來做硬件劃分，逐級喚醒系統(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的邊緣計算需求的增強(qiáng)，國芯專門設(shè)計了神經(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)計算處理。

為了配合編譯壓縮工具，國芯還發(fā)布了全套神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)開發(fā)SDK，只需要簡單三步，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。

國芯的這些獨(dú)創(chuàng)設(shè)計解決了困擾業(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。”為何國芯能在短短一年多的時間里就開發(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，國芯采用了國際化集成的開發(fā)模式。”

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)椋麄€AI交互過程非常復(fù)雜，除了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計算，還包括傳感器接入、信號處理、檢測識別，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，多個麥克風(fēng)的引入的做法首先對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。同時多路信號的接入，也使得前端語音處理計算量大增，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，國芯在芯片中集成其長期合作伙伴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，可以進(jìn)行各種語音信號處理計算。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)的公司為國芯提供算法支持。今后國芯還會選擇更多的語音公司同時介入，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芯時，能夠根據(jù)所需設(shè)備類型找到相應(yīng)的頂層算法。例如對于想做車載語音后視鏡的公司來說，采用國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，對于想做智能音箱的公司來說，可以選擇國芯的芯片加上Rokid的技術(shù)。

與此同時，GX8010芯片還用上了來自中天微的國產(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)。”黃智杰認(rèn)為，“在芯片研發(fā)上，中國企業(yè)必須有自己的核心技術(shù)。你有自己的核心技術(shù)，又有市場優(yōu)勢，就不可能出現(xiàn)‘中興通訊現(xiàn)象，如果你只是造個殼，核心技術(shù)都需要向別人購買，這樣的企業(yè)才會有真正的危機(jī)。”

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)智能語音識別的前端方案。

國芯物聯(lián)網(wǎng)人工智能芯片，有理由值得我們期待！