2021年中國人工智能芯片行業(yè)全產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)袌鲞\行態(tài)勢監(jiān)測調(diào)研及項目可行性研究預(yù)測

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人工智能芯片指應(yīng)用在人工智能算法加速，主要實現(xiàn)大規(guī)模并行計算的芯片。而在更廣泛的概念下，任何應(yīng)用在人工智能領(lǐng)域的芯片都可被稱為人工智能芯片。

（1）人工智能芯片以場景和功能分類：人工智能芯片可根據(jù)場景和功能分為云端訓(xùn)練、云端推理、終端訓(xùn)練和終端推理四個類別：

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（2）人工智能芯片以技術(shù)路線分類：深度學(xué)習(xí)架構(gòu)下的人工智能芯片以技術(shù)路線進行劃分，主要包括?GPU、FPGA、ASIC、ASIP?等類別：GPU?使用?SIMD?讓多個執(zhí)行單元同時處理不同的數(shù)據(jù)，其離散化和分布式的特征，以及用矩陣運算替代布爾運算的設(shè)計使之適合處理深度學(xué)習(xí)所需要的非線性離散數(shù)據(jù)。與同樣基于馮·諾依曼架構(gòu)的?CPU?不同的是，在傳統(tǒng)的馮·諾依曼結(jié)構(gòu)中，CPU?每執(zhí)行一條指令都需要存儲讀取、指令分析、分支跳轉(zhuǎn)才能進行運算，從而限制了處理器的性能；而?GPU?大部分的晶體管可以組成各類專用電路、多條流水線，運算單元明顯增多，適合大規(guī)模的并行計算。GPU?擁有更多的?ALU?用于數(shù)據(jù)處理，這樣的結(jié)構(gòu)適合對密集型數(shù)據(jù)進行并行處理，獲得高于?CPU?幾十倍甚至上千倍的運行速度。在云端，通用?GPU，被廣泛應(yīng)用于深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練和推理。但是，GPU?并非專門針對?AI算法，在執(zhí)行算法中能耗相對較高、效率相對較低，有一定的時延問題。

FPGA?利用門電路直接運算，而用戶可以自由定義這些門電路和存儲器之間的布線，改變執(zhí)行方案。其基本原理是集成大量的基本門電路以及存儲器，通過大量的可編程邏輯單元實現(xiàn)針對性的算法設(shè)計，即實現(xiàn)以硬件定義軟件。FPGA通過可編程邏輯綜合，在并行計算上能夠獲得和?GPU?接近的并行計算性能，相比?CPU，有明顯的性能提升，同時在功耗上優(yōu)勢明顯在深度學(xué)習(xí)算法仍處于高速迭代的狀態(tài)下，F(xiàn)PGA?因其可重構(gòu)特性而具有顯著優(yōu)勢。FPGA?市場化的阻礙主要在于高昂的硬件和開發(fā)成本，編程相對復(fù)雜，為實現(xiàn)重構(gòu)而降低了計算資源占比，整體運算能力受到影響。

ASIC?則為專用定制芯片的統(tǒng)稱，在架構(gòu)、設(shè)計、成本等方面存在更大的多樣性，其中?VPU?是為圖像處理和視覺處理設(shè)計的定制芯片。ASIC?的架構(gòu)相對簡單，性能和功耗與通用型產(chǎn)品相比更低。由于不需要包含?FPGA?用于實現(xiàn)重構(gòu)的可配置片上路由與連線，相同工藝的?ASIC?計算芯片可以擁有?FPGA5-10?倍的運算速度，實現(xiàn)?PPA?最優(yōu)化設(shè)計。ASIC?針對場景的定制化設(shè)計使其更適合終端推理場景，而如今它的主要劣勢在于初期設(shè)計的資金投入和研發(fā)周期，且針對性設(shè)計限制了芯片的通用性。

中金企信國際咨詢公布《2021-2027年中國人工智能芯片市場發(fā)展規(guī)劃及投資戰(zhàn)略可行性預(yù)測報告》

ASIP?是一種新型的定制化指令集的處理器芯片，它為某個或某一類型應(yīng)用而專門設(shè)計，通過權(quán)衡速度、功耗、成本、靈活性等多個方面的設(shè)計約束，設(shè)計者可以定制?ASIP?以達到最好的平衡點，從而適應(yīng)嵌入式系統(tǒng)的需要。ASIP?集合了?FPGA?和?ASIC?各自的優(yōu)點，不僅可以提供?ASIC?級別的高性能和低功耗，還能提供處理器級別的指令集靈活性，實現(xiàn)可重新編程，更適用于需求尚未被明確定義、需要芯片具備一定通用性和可編程性的應(yīng)用場景，從而滿足?AI?算法快速更新迭代的需求，并延長芯片的使用生命周期。

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未來，類腦芯片的神經(jīng)擬態(tài)計算將帶來更大的想象空間，其內(nèi)存、CPU?和通信部件將集成為一體，信息處理可以在本地進行。類腦芯片的設(shè)計目的也將不局限于加速深度學(xué)習(xí)算法，而是在芯片結(jié)構(gòu)甚至器件層面上改變設(shè)計，開發(fā)出全新的類腦計算機體系結(jié)構(gòu)。目前此項技術(shù)還尚未得到大規(guī)模應(yīng)用，但很有可能成為行業(yè)內(nèi)長期發(fā)展的路徑和方向。

（3）人工智能芯片行業(yè)市場規(guī)模與行業(yè)構(gòu)成：市場規(guī)模方面，AI?芯片的需求正在快速擴大，預(yù)測全球AI?芯片市場規(guī)模將在未來五年內(nèi)飆升，預(yù)計將從?2018?年的?42.7?億美元增長至2023?年的?343?億美元。2018?年，全球?AI?芯片市場呈現(xiàn)快速增長趨勢，市場規(guī)模達到?45.3?億美元，增速達?48.5%。2018?年，中國?AI?芯片市場占據(jù)全球?25.9%的市場份額，預(yù)計未來幾年仍將以超過?50%的速度快速增長。而根據(jù)《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》預(yù)計，到?2020?年，中國智能計算芯片市場規(guī)模將達到?100?億元。

根據(jù)中金企信國際咨詢統(tǒng)計數(shù)據(jù)：從行業(yè)結(jié)構(gòu)分布來看，在?2018?年安防行業(yè)是?AI?芯片落地應(yīng)用的最大市場，市場規(guī)模達到?13.1?億元，占比?16.2%。其余用途比較廣泛的場景還包括零售、醫(yī)療、教育、制造、金融、物流、交通等領(lǐng)域。