日前，世界人工智能大會(WAIC)落下帷幕，本屆大會吸引了超過300家科技企業(yè)同臺亮相。作為一家ASIC芯片設計廠商，嘉楠科技不僅展示了近一年的商業(yè)落地成果，而且在大會期間正式發(fā)布了備受嵌入式開發(fā)者期待的AI芯片K510。
近2倍算力增長、全新的計算引擎，以及強大的視頻處理能力，勘智K510的發(fā)布意味著這家芯片廠商的疫后“芯”生。從2016年起，嘉楠科技就開始琢磨如何將ASIC設計技術遷移到AI領域，始于一顆指甲蓋般大小的芯片，這家公司的AI之路已經走了5年。
從2016年AI概念在國內萌芽到呈現(xiàn)燎原之勢，直至今日，業(yè)界對于AI的估值也逐漸回歸理性。潮水退去，曾經的“AI四小龍”已光鮮不再，取而代之的則是人們對芯片的熱切關注。隨著數(shù)據(jù)成為新石油，算法和算力正逐漸成為駕馭這個世界的通行法則。與各類算法層出不窮的現(xiàn)狀相反，算力的發(fā)展則充滿了混沌。摩爾定律被反復唱衰，異構計算、DSA概念大行其道，舊秩序瀕臨崩潰，而新秩序尚未建立。
和眾多本土AI芯片廠商一樣，嘉楠科技是中國上百家從事芯片設計的公司之一。但不同之處在于，嘉楠科技正式進軍AI之前已經進行了3年左右的ASIC芯片研發(fā)。ASIC是專用計算芯片，與人們電腦里的CPU不同，嘉楠科技早年研發(fā)的ASIC只能用來運行一種名為SHA256的哈希算法。在這家公司的董事長兼CEO張楠賡看來，ASIC芯片在計算效率上是最高的，因此從長遠而言，隨著算法趨于固定，ASIC芯片將是未來AI芯片的主流方向。
以ASIC設計為切口研發(fā)邊緣AI芯片
張楠賡是一名80后企業(yè)家，不同于那些叱咤互聯(lián)網江湖的形象，年逾三十就已頭染霜白，這部分緣于他所從事的行業(yè)。畢竟，在過去十年中，集成電路這一行業(yè)在移動互聯(lián)網熱潮下顯得寂寂無名。直到今天，芯片才成為人們在飯桌上也會提起的熱詞。
這一行業(yè)的技術門檻之高超過了多數(shù)人的想象。張楠賡曾說，即便是外界看來最簡單的區(qū)塊鏈ASIC芯片，要做到世界領先也至少需要5年左右的時間。張楠賡曾成功研發(fā)了世界上第一款運行哈希算法的ASIC芯片，并在2018年帶領團隊研發(fā)了業(yè)內第一款7nm ASIC芯片。
雖然“軟件定義硬件”這一說法在業(yè)界有不少擁躉，但在他看來，軟件工程師可能不太會注意到的一點是，計算架構改進可以使芯片算力達到數(shù)量級的提升。ASIC芯片就是一個最極端的例子，目前一臺主流計算設備的算力已經達到TH/s數(shù)量級，即每秒進行1萬億次運算。
作為一名科班出身的技術型企業(yè)家，張楠賡在軟硬件領域均有涉獵。本科期間，張楠賡就讀于北航電子信息工程學院，并在讀研期間主修計算機體系結構專業(yè)。學生時代他就曾跟隨導師參與龍芯項目，并且在宿舍里開啟了第一次技術創(chuàng)業(yè)。
2013年，嘉楠科技正式成立，并于短短三年內帶領技術團隊實現(xiàn)從110nm到16nm工藝節(jié)點的飛躍。區(qū)塊鏈ASIC設計領域取得的成功讓嘉楠科技有信心尋覓更多場景。在工程師團隊看來，通用計算對于算力的需求確實不高。但是在邊緣AI領域，設備需要更優(yōu)的算力和功耗設計來讓AI算法落地。
從區(qū)塊鏈ASIC轉向AI芯片，最大的質疑來自于嘉楠科技能否應對AI芯片設計復雜度的挑戰(zhàn)，以及其如何在巨頭林立的市場中找到自己的立足之地。
但在張楠賡看來，AI芯片的底層邏輯依然是對數(shù)據(jù)流的處理。嘉楠科技在ASIC設計過程中積累了大量知識產權，涵蓋算法開發(fā)和優(yōu)化，標準單元設計和優(yōu)化，低電壓和高能效操作，高性能設計系統(tǒng)和散熱等，這些都是芯片設計的底層共性領域。公開資料顯示，截至2020年12月31日，嘉楠科技累計擁有178項專利知識產權(其中包括144項國內專利所有權、34項PCT國際申請)70項IC布圖設計權和105項軟件著作權。
依托RISC-V研發(fā)自主IP核
2016年，嘉楠科技正式成立AI芯片部門，啟動邊緣芯片研發(fā)項目——勘智AI。研發(fā)團隊在ISA選型、功耗和功能設計上都全面瞄準邊緣AI，并在一開始就確立了依托開源架構研發(fā)自主IP核的技術路線。邊緣AI芯片的應用場景為邊緣服務器或設備端的推理計算，即根據(jù)訓練好的算法模型對數(shù)據(jù)進行預測。因為算法的部署位置靠近應用現(xiàn)場，邊緣芯片的功耗一般只有5W-10W，并且其時間延遲在毫秒級別。
任何類型芯片的設計中，ISA(指令集架構)是繞不過去的一個環(huán)節(jié)。它是軟硬件相互通信的核心樞紐，負責把軟件工程師編寫的代碼轉換為最底層的機器碼。自上世紀60年代以來，ISA的變遷先后經歷了X86和ARM時代，如今正在向新的方向過渡。隨著邊緣計算以及多類型設備聯(lián)網的興起，中小型設備的計算需要更加靈活的輕量級架構。
這一架構主要指向RISC(精簡指令集)，并在目前區(qū)分出ARM和RISC-V兩個陣營。在ARM被初創(chuàng)公司普遍采用的情況下，嘉楠科技卻是國內較早基于RISC-V架構進行AI芯片研發(fā)的公司。這一選擇多少帶著些許預見性。2017年圖靈獎得主、計算體系結構宗師David Patterson與John Hennessy在《計算機體系結構的新黃金時代》一文中就表示，計算體系結構的第二個機遇是開源的ISA(指令集架構)，為了創(chuàng)建一個「處理器的 Linux」，這個領域需要工業(yè)標準級別的開放 ISA。
在這篇論文中，作者所列舉的第一個例子就是RISC-V。除了開源特點之外，架構自身的簡潔性使其降低芯片設計和驗證硬件正確性的復雜度。同時，這款ISA避免了對微架構的過度依賴，沒有歷史包袱，而且為定制化設計的加速器提供很大的操作指令設計空間。
過去5年，嘉楠科技一直沿著自主研發(fā)IP核的技術路線行進。芯片整體采用SoC封裝方案，依托RISC-V架構和定制的視覺CNN加速器來提升任務處理效率。嘉楠科技第一款AI芯片勘智K210的加速器為KPU，峰值浮點計算速率1.082TFLOPS。在去年7月份，這款芯片成功獲得Linux內核支持。
除嘉楠科技之外，阿里平頭哥、華為等巨頭企業(yè)也在基于RISC-V架構研發(fā)芯片。RISC-V一度被業(yè)界視為ARM的挑戰(zhàn)者，特別是在ARM獨立性受到挑戰(zhàn)的當下。Nvidia和高通都對收購ARM公司表示出極大興趣，而RISC-V基金會則在中美貿易戰(zhàn)的當口主動將總部遷往瑞士。
當前RISC-V備受國內芯片廠商追捧，作為早先吃螃蟹的公司，嘉楠科技并不急于推出新的芯片，始終保持著2年一代芯片的節(jié)奏。AI芯片勘智K510于今年3月正式點亮回片，這意味著嘉楠在AI的商業(yè)化布局上或有更多動作。
這是一代人的事
從更宏觀的視角來看，相比16、17年的概念先行，本屆WAIC大會上，更多實實在在的優(yōu)秀技術成果隨之涌現(xiàn)。中國最大AI計算芯片、自動駕駛芯片，以及更多自主研發(fā)的架構創(chuàng)新和設計，一起構成了本土芯片行業(yè)的全新圖景。
嘉楠科技便是本土芯片企業(yè)快速成長的一個切片。張楠賡曾表示第一代AI芯片更多是一款工程師視角的產品。彼時MobileNet等視覺算法模型尚未出現(xiàn)，因此在算力設計上稍顯滯后。深度學習技術及其應用擴展的速度正在倒逼每一家芯片企業(yè)加快步伐。
嘉楠科技的新款AI芯片勘智K510在算力和功耗設計上面向中高端市場。其核心在于團隊自主研發(fā)的KPU2.0，使得其算力相較于一代芯片有近3倍提升，并且搭載了MIPI高清攝像頭接口，提升在視覺應用領域的處理能力。隨著K510的面世，嘉楠科技將解鎖高清視頻會議、車載后裝市場和智能門鎖等更多應用場景。
對芯片企業(yè)而言，找到落地場景就意味著打開市場空間的可能性。新一代本土芯片企業(yè)如何在自己的市場撐出一片天，則有賴于更多像嘉楠科技一樣的企業(yè)給出自己的答案。誠如張楠賡所言，抓住計算架構變革的時代機遇，是我們這一代人的事。
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