新年剛過，人工智能界先后有兩次理論上的新知公諸于世：一是圖靈獎(jiǎng)獲得者David Patterson與John Hennessy發(fā)布論文稱計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的新黃金時(shí)代將到來，二是計(jì)算機(jī)視覺奠基者之一Alan Yuille公開懟了一波深度學(xué)習(xí)，他認(rèn)為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)已進(jìn)入瓶頸期，現(xiàn)在科研人員一股腦兒涌入深度學(xué)習(xí)不利于軟件算法的發(fā)展。
透過兩則消息，不難察覺到人工智能產(chǎn)業(yè)急需變革的呼聲已經(jīng)十分強(qiáng)烈，無論是硬件端還是軟件算法，而它確實(shí)要迎來了新的發(fā)展階段。事實(shí)上，隨著市場(chǎng)需求變化和技術(shù)迭代，一直以來軟件算法和硬件芯片雖各自發(fā)展卻也如兩股互相“博弈”的力量般糾纏不休。而當(dāng)深度學(xué)習(xí)發(fā)展步入模式時(shí)，一邊是專家對(duì)創(chuàng)新衰退的憂慮，另一邊則預(yù)示著深度學(xué)習(xí)架構(gòu)的發(fā)展已經(jīng)邁入一定的成熟階段，此時(shí)將部分功能下沉到硬件端的需求則順勢(shì)衍生。
圖 ｜《計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的新黃金時(shí)代》
在《計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的新黃金時(shí)代》中，Patterson和Hennessy這樣寫道，“計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)領(lǐng)域?qū)⒂瓉碛忠粋€(gè)黃金十年，就像20世紀(jì)80年代我們做研究那時(shí)一樣，新的架構(gòu)設(shè)計(jì)將會(huì)帶來更低的成本，更優(yōu)的能耗、安全和性能?！比缢?，在深度學(xué)習(xí)算法熱潮過后，2019年的硬件產(chǎn)業(yè)也開始了新的蠢蠢欲動(dòng)，而在AI賦能應(yīng)用的大背景下，它具體表現(xiàn)為推理芯片市場(chǎng)的崛起。
英特爾沉不住氣了，推理芯片市場(chǎng)開啟群雄爭(zhēng)霸
回到2019年年初前后這一期間，迎來了歷史轉(zhuǎn)型期的芯片市場(chǎng)可以說動(dòng)蕩不安，一邊存儲(chǔ)芯片價(jià)格在漲一波跌一波的云雨之中起伏；另一邊為了滿足人工智能催生的產(chǎn)能需求，英特爾、美光等老牌IDM廠商開始大肆興建起工廠。而不同于已有的成熟市場(chǎng)，有一部分新興的AI芯片市場(chǎng)也逐漸有了蓬勃生長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)，產(chǎn)業(yè)化發(fā)展向好。
“苗頭”就出現(xiàn)在CES 2019上，英特爾高調(diào)宣布與Facebook合作開發(fā)一款AI推理芯片，并宣稱將于2019年下半年完成。
在曝光度極高的CES上，提前半年大肆宣傳并隆重預(yù)告這一款公眾并不熟知的推理芯片，作為x86架構(gòu)締造者，占據(jù)數(shù)據(jù)中心服務(wù)器市場(chǎng)90％份額的英特爾，顯然有些沉不住氣了。
圖 ｜ 英特爾宣布與Facebook合作推出推理芯片
無獨(dú)有偶，在研發(fā)推理芯片這件事情上，各家有能力爭(zhēng)一塊蛋糕的廠商也都開始摩拳擦掌，不出意外得集中在2019年前后幾個(gè)月推出自家產(chǎn)品。2018年9月，英偉達(dá)推出自己的推理預(yù)測(cè)芯片；11月，亞馬遜召開re：Invent大會(huì)，在會(huì)議上隆重發(fā)布了一款專用推理芯片AWS Inferentia，以用于自己的服務(wù)器推理任務(wù)處理；而阿里也透露了自己首款推理芯片Ali－NPU的發(fā)布時(shí)間，同F(xiàn)acebook相近，定在了2019年中。
在2019年前后巨頭們不約而同得帶起了一波“節(jié)奏”，這樣的集群效應(yīng)或多或少說明了專用推理芯片系統(tǒng)市場(chǎng)已經(jīng)開始要“變天”。
數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示，到2021年，訓(xùn)練市場(chǎng)規(guī)模將增長(zhǎng)到82億美元，而推理市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到118億美元，超出前者近四十億美元。時(shí)間緊迫，機(jī)會(huì)轉(zhuǎn)瞬即逝，在沒有巨頭的大片“藍(lán)?！笔袌?chǎng)面前，換作誰都是要坐不住的。
一場(chǎng)由互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)引發(fā)的芯片之戰(zhàn)
既知是藍(lán)海，早些年亦有許多科研院所在積極研究，巨頭們卻都到今年才遲遲動(dòng)手，是為何？
Facebook公開道出了其中的緣由。
去年四月份，F(xiàn)acebook暗地里組建芯片團(tuán)隊(duì)的事情被彭博社報(bào)道，稱它想擺脫對(duì)英特爾和高通的依賴，隨后成為熱議的焦點(diǎn)。后沒有多久，在一年一度的大會(huì)上，F(xiàn)acebook的高管大大方方承認(rèn)了。
作為一家互聯(lián)網(wǎng)公司，F(xiàn)acebook坦言它的初衷不是為造芯片而造芯片，實(shí)則是深受成本成倍增加之苦但同時(shí)又尋不到更優(yōu)硬件方案，無奈使然。2018年末的大會(huì)上，對(duì)于這一點(diǎn)，F(xiàn)acebook高管Jason Taylor就直接毫不留情的懟了當(dāng)時(shí)市面上的推理芯片：“市面上是有很多加速器芯片，但是我們發(fā)現(xiàn)他們?cè)O(shè)計(jì)的芯片在完成關(guān)鍵工作負(fù)載任務(wù)的能力上，值得考量?！?/p>
言下之意，Taylor認(rèn)為很多公司在沒有弄清楚深度學(xué)習(xí)應(yīng)用端需要處理的推理任務(wù)有哪些就開始造芯片，頗有亂打亂撞的嫌疑。而在深度學(xué)習(xí)算法的應(yīng)用上，以精準(zhǔn)營(yíng)銷著長(zhǎng)的Facebook似乎也更有發(fā)言權(quán)。
圖 ｜ 精準(zhǔn)營(yíng)銷
據(jù)公司工程師Kim Hazelwood介紹，每天Facebook的AI應(yīng)用程序產(chǎn)生超過200萬億個(gè)推送，翻譯超過50億個(gè)文本，并自動(dòng)刪除超過一百萬個(gè)假賬戶，在推理功能上，F(xiàn)acebook的任務(wù)計(jì)算量是其他任務(wù)的100倍。官方透露的數(shù)據(jù)顯示，2018年，F(xiàn)acebook的資本支出大約在140億美元，2019年，這個(gè)數(shù)字預(yù)計(jì)將增長(zhǎng)到200億美元，其中很大一部分支出都在數(shù)據(jù)中心服務(wù)器上。
但苦于沒有合適替代方案，今天Facebook還不得不采用“CPU＋GPU”的服務(wù)器。
和Facebook類似，最接近應(yīng)用，需求也是最為強(qiáng)烈，因而谷歌、亞馬遜、阿里等將人工智能與互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用融合密切的企業(yè)都不可避免的遇到了這個(gè)問題，因而也陸續(xù)開啟了自研芯片之路。
不可不知的“鼻祖”
在這組互聯(lián)網(wǎng)梯隊(duì)中，谷歌是第一位吃螃蟹的“人”，同時(shí)它用這個(gè)秘密武器助力AlphaGo戰(zhàn)勝李世石，引起轟動(dòng)。而這里的秘密武器就是谷歌TPU（張量處理單元）。
圖 ｜ 谷歌TPU
其實(shí)2017年，當(dāng)谷歌重磅推出TPU時(shí)，很多人都好奇作為一家成功的互聯(lián)網(wǎng)公司，谷歌怎么突然有興趣做起了芯片，還做出了這樣一款“腦洞大開”的芯片？
在后來的公開論文中，谷歌提到其實(shí)自己的軟件服務(wù)背后需要龐大的服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)在支持，即需要難以計(jì)數(shù)的硬件服務(wù)器日夜運(yùn)行。提供的數(shù)據(jù)顯示，為了支持各類大量的數(shù)據(jù)應(yīng)用，谷歌當(dāng)時(shí)已經(jīng)在全球四個(gè)洲建有15個(gè)倉(cāng)庫(kù)般大小的數(shù)據(jù)中心。
但是隨著深度學(xué)習(xí)算法的出現(xiàn)，令谷歌自己驚奇的事情發(fā)生了。在后來計(jì)算機(jī)架構(gòu)專家David Patterson和Norm Jouppi合著的論文中，他們提到這樣一個(gè)細(xì)節(jié)：六年前，谷歌開始為安卓操作系統(tǒng)添加語音識(shí)別功能之后，原來相對(duì)充裕的計(jì)算能力突然間捉襟見肘，根據(jù)當(dāng)時(shí)谷歌工程師的推算——如果世界上每一臺(tái)安卓手機(jī)每天都使用3分鐘的語音搜索功能，且識(shí)別率百分之百正確，即一次搜索成功，那么谷歌的數(shù)據(jù)中心的規(guī)模就起碼要翻倍。
這樣的解釋，與Facebook后提到的境況幾近相同。
意識(shí)到這樣的問題，谷歌為這樣的大規(guī)模擴(kuò)張需求而背后生寒，更何況當(dāng)時(shí)還只是深度學(xué)習(xí)算法應(yīng)用剛剛開始的階段。因此在慎重考慮了語音識(shí)別技術(shù)的迅速發(fā)展和推理運(yùn)算需求的激增等情況之后，谷歌決定開發(fā)專屬推理芯片以替代性能不足的CPU，即后來的TPU。
不過當(dāng)時(shí)外界只知谷歌街景、AlphaGo等應(yīng)用中用到了TPU，對(duì)于“蒙上一層面紗”的TPU到底為何物，眾說紛紜。后來直到看見谷歌公開發(fā)表的TPU論文并眼見AlphaGo的成功，眾人才意識(shí)到谷歌TPU劃時(shí)代的意義。
寒武紀(jì)陳天石毫不吝嗇得用了“濃墨重彩”一詞盛贊其對(duì)于整個(gè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的意義；而英偉達(dá)黃仁勛也不惜親自撰寫長(zhǎng)文來回應(yīng)谷歌TPU與自己產(chǎn)品的對(duì)比，雖然言語之中難掩對(duì)英偉達(dá)技術(shù)的偏袒，但也只有勢(shì)均力敵的對(duì)手值得“老黃”如此重視。
后來Jouppi在一篇論文中這樣評(píng)價(jià)這款芯片，“這并不意味著TPU有多復(fù)雜，它看起來更像雷達(dá)的信號(hào)處理引擎，而不是標(biāo)準(zhǔn)X86架構(gòu)。而且它與浮點(diǎn)單元協(xié)處理器更為神似，跟GPU倒不太一樣。”
所謂創(chuàng)新，大概如此。
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