AI 芯片“涼了又熱”，RISC-V 芯片能否成為 AIoT 市場主角

2021-07-19 來源：中電網

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AI 的熱潮已經過去？許多關注 AI 的人或許會給出的判斷。這種判斷也有一些依據，AI 發展三大要素之一的 AI 芯片，在 2016 年左右出現大量的初創公司，之后火熱了兩年左右時間后，又逐漸涼了下來。

但 2020 年下半年開始，AI 芯片初創公司的融資消息又多了起來，在本月的 WAIC 2021 期間，多家云端 AI 芯片和邊緣 AI 芯片初創公司都發布了新產品，AI 芯片似乎又熱了起來。

AI 芯片為什么“涼”了幾年又“熱”了起來？AI 普及的關鍵到底是什么？RISC-V 芯片會成為 AIoT 市場的主角嗎？

體驗不好的 AI 產品傷害了消費者

2017 年左右掀起的新一輪 AI 熱潮，有兩個關鍵性事件。一個是 2012 年 AlexNet 在 ImageNet 大規模視覺識別挑戰賽中用卷積神經網絡（CNN）贏得了圖像識別競賽，再次掀起了學界研究 AI 的熱潮。到了 2017 年，AlphaGo 戰勝人類頂級棋手柯潔，并橫掃整個圍棋界。AI 的熱潮從學界蔓延至產業界，并引發全民關注。

“我覺得 AI 能再一次熱起來是因為神經網絡在技術有了突破后，能夠解決一些問題，而這恰好能滿足消費者對智能美好生活的向往。”嘉楠科技創始人、董事長兼首席執行官張楠賡表示。

很快地，AI 音箱、AI 機器人、AI 家電、AI 故事機等眾多 AI 產品迅速推向市場，其中出貨量最大的 AI 音箱迅速普及，但很快被消費者拋棄。

“通過縮減材料降低成本，推出體驗不好的產品對市場傷害非常大，因為沒有好的體驗，整個市場的規模很難變大。降低成本應該靠更好的技術。”張楠賡說，“AI 產品還是沒有達到消費者的預期，消費者需要的是一個完整的產品，這是我認為 AI 又涼下來的原因?！?/p>

英特爾研究院副總裁、英特爾中國研究院院長宋繼強表示：“現在很多 AI 系統，只有一個原型，但到商業化的時候，原型是不行的。AI 創新要真正的規模化發展起來，一定要很認真嚴肅地做垂直整合?！?/p>

也就是說，AI 產品的實際體驗與消費者期待的產品之間仍有鴻溝。從 AI 智能硬件公司的角度，在 AI 芯片和 AI 算法的支持下，他們推出了比以往更加智能的產品，產品性能有了顯著的提升。但從消費者的角度，AI 產品依舊不夠智能，甚至有些傻，很難持續使用或購買新的 AI 產品。

“還有一個問題是價格，對于智能硬件和白色家電，消費者的要求是性能是世界級，但價格預期是‘地獄級’，這是矛盾所在。”張楠賡說。“不過，只要有明確的需求和目標，實現世界級的性能，同時兼顧可接受的價格并非不能達成的目標，嘉楠希望在未來 1-3 年內達成這個目標?！?/p>

還要看到，邊緣推理是 AI 應用大規模落地的關鍵。這是因為，云邊協同已經成為主流的計算范式。在云邊協同的架構中，邊緣 AI 在數據脫敏、數據感知和實時決策上有效彌補了時延和數據隱私上的短板，也能降低高昂的 IT 基礎設施成本。

此時，更高性能的 AI 芯片非常關鍵。

需求釋放，邊緣 AI 芯片市場規模絕對值快速增加

嘉楠在 AI 邊緣芯片市場占有先發優勢，2018 年推出了首款 AI 推理芯片勘智 K210，這款 AI SoC 投片的時候還沒有 MobileNetV2 和 YOLOv3 算法，所以只有 1TOPS 的 AI 算力?！坝捎诳敝?K210 研發時間較早，在算力規劃上沒有考慮到后來才出現的算法模型，導致這款芯片在應用場景的拓展上受到限制?！睆堥s如此評價這款芯片。

在整個業界探索 AI 芯片和 AI 應用的背景下，嘉楠的首款 AI 芯片獲得了多個頭部教育機器人客戶的訂單。在 2020 年全球疫情和缺芯的環境下也實現了可觀的營收。

“今年很多應用市場需求快速增加，僅上半年我們就實現了 1300 多萬的 AI 芯片營收，如果下半年產能問題不能解決，我預計營收和上半年相當?！睆堥s說，“我看到的是今年市場需求特別旺盛，增長比較快?！?/p>

當然，AI 邊緣芯片市場仍舊處于絕對值增長很快，但總體規模依舊不大的狀態。在快速增長的市場里，除了 AI 教育以及增加 AI 功能網絡攝像機（IPC），用邊緣 AI 芯片做人群聚集檢測、超聲波定位、機器狗、跟拍云臺等創新的產品越來越多。

“勘智主打的還是 AI 性能，基于勘智 K210 的能力，有些創新應用是我們沒有想到的。更加智能的產品也需要更高性能的 AI 芯片，其實像家庭場景里的掃地機器人，面對的環境也非常復雜，需要比較高的算力，還要控制成本。”張楠賡表示。

為此，嘉楠推出了勘智 K510 邊緣推理芯片，CPU 依舊采用 RISC-V（雙核 64 位），全新的 KPU 將 AI 性能提升至 3TOPS，支持 TensorFlow、PyTorch 和 ONNX 模型導入，配合 KPU 為 AI 加速還增加了 DSP。

另外，勘智 K510 支持三路傳感器輸入 1080P 視頻，擁有眾多高速和低速接口，其中高速接口 DDR PHY 和 MIPI RX/TX DPHY 均是嘉楠完全自主知識產權的 IP。

從推出的時間看，勘智 K510 比嘉楠的產品路線圖晚了半年多時間。據我們了解，其中的原因包括這是嘉楠第一個比較大規模的 AI 芯片，幾乎重新設計了 AI 加速單元 KPU，高速接口也是完全自研，再加上產能緊缺等多重因素，導致勘智 K510 推出的時間比預期晚一些。

“產品更早推出肯定會更好一些，但稍微晚一點也有好處。我們推出第一款 AI 芯片的時候，絕大部分中小客戶只能用原廠的芯片做一些嵌入式的開發。今年有能力開發 AI 芯片的客戶多了很多，許多客戶還有自己的 AI 算法。市場在成熟，應用場景也在不斷增加，這對我們產品的推廣是好事?！睆堥s如此解釋。

與傳統的功能芯片不同，AI 芯片的開發者并不知道自己明確的需求，這對要預測未來三到五年市場需求的 AI 芯片公司來說，定義產品難度更大。但比較明確的是，隨著 AI 應用復雜程度的增加，對 AI 的算力需求也隨之增加，提升 AI 性能成為關鍵。

“勘智 K510 的 KPU 相比上一代基本是重新設計。原來的 KPU 比較簡單，如果用第一代架構進行等比放大提升性能會有很多問題。新設計的第二代架構更加通用，可伸縮性更好，很容易實現零點幾 TOPS 到幾 TOPS 的算力，同時兼容性也更好?！睆堥s表示。

提升 AI 性能的同時，勘智 K510 的視覺性能也有了顯著提高，集成了最新一代圖像處理單元和 3D ISP 模塊，支持深度攝像頭 TOF 傳感器，可以在無需軟件參與的情況下自動解析和提取深度圖像，加速 3D 圖像處理。

張楠賡指出，勘智 K510 是一款中高端算力芯片，視覺硬件配置也是這款芯片的重頭戲，同時支持最多 3 個攝像頭的輸入，其中一路支持 3D 功能，也是迎合市場需求，能夠滿足比如活體檢測等需求?？敝?K510 也能夠應用于高清航拍器、視頻會議、機器人、STEAM 教育、工業相機和輔助駕駛等場景。

我們注意到，勘智 K510 在降低功耗方面從多角度入手，比如通過 NoC 總線架構解決龐大時鐘樹帶來的芯片大功耗和大面積問題；KPU 根據不同層級的帶寬、計算和存儲需求的調整，提高數據的復用率降低芯片功耗；還通過支持語音 VAD 功能，滿足低功耗設計需求等。

不過，能夠將嘉楠的 AI 芯片推向更廣闊市場的關鍵是 RISC-V。

沖向萬億美元的 AIoT 市場

“易用性非常重要，開發者如果使用 CPU 或者 DSP 就能實現功能，能夠降低開發成本和加速產品上市時間?！睆堥s說，“這也是我們在雙核 64 位 RISC-V CPU 基礎上增加 DSP 的重要原因?！?/p>

更強的 CPU 性能對于一款 SoC 的重要性也越來越高。“有一個很有意思的現象，5 年前，業界很多人認為 SoC 中的 CPU 的作用會被弱化，大部分的任務都會用硬件加速器處理，包括 AI 應用。但這兩年，無論是手機還是 PC，CPU 的競爭越來越激烈，絕大部分的任務還是在 CPU 上完成，CPU 又變得很重要，所以對 CPU 的性能需求也大幅度增加。”張楠賡表示。

“我認為，未來幾年桌面級和移動端先進的技術和架構會迅速下放到原來的 MCU 中，這個變化可能要到將來 3-5 年才能看到?！彼鞒鲱A測。

CPU 在 SoC 中的重要性又變得重要，意味著 CPU 的性能和易用性成為競爭的關鍵。在 AIoT 市場，雖然統治移動市場的 Arm 占據優勢地位，但最近兩年 RISC-V 指令集芯片在這一市場進展迅猛，在對軟件支持要求不高的應用中，RISC-V 已經被大量應用，但需要更高性能和更多軟件支持的應用就面臨挑戰。

實際上，勘智 K510 的 CPU 是嘉楠自研。“第一代產品我們用的是 RISC-V 開源內核，明顯的優勢是不需要買版權節省成本，但漏洞也比較多。新一代的勘智 AI 芯片之所以選擇自研，主要還是因為我們的需求超過了開源內核的需求。”張楠賡解釋為何開始自研 RISC-V CPU。

硬件的自研對于有實力的芯片公司而言相對容易，但軟件生態的建設就需要整個行業的共同努力。“無論是阿里在 RISC-V 方面的工作，或者如果英特爾收購 SiFive，這對整個 RISC-V 生態的建設都有非常積極的作用。”張楠賡說：“我們是 RISC-V 堅定的擁護者，所以我們無論是硬件還是軟件，都受益于 RISC-V 社區，當然我們也將自己的設計和文檔都上傳到 RISC-V 社區，希望能夠以身作則推動 RISC-V 生態的發展。”

“更多系統的支持對于我們產品的規模推廣有非常明顯的效果。剛推出勘智 K210 的時候，沒有系統的支持，開發者想要開發難度很大。后來有了 RTOS 和 Linux 的支持，這對我們勘智 K510 的應用非常有用。”張楠賡表示。

“目前看來，RISC-V 芯片用到游戲領域可能會差一些，但除此之外的應用，使用 RISC-V 芯片都問題不大。”張楠賡認為“但我也不認為 RISC-V 會完全淘汰 Arm，Arm 在很多領域依舊會占有一席之地。”

不可否認的是，RISC-V 的生態建設依舊是在追趕 Arm 的生態，遠談不上趕超。就嘉楠而言，他們設計出更高性能的 AI 芯片之后，但很多功能的實現因為軟件人員的缺乏，進度受阻。

張楠賡說他早已意識到缺乏軟件人員的問題，但他并不打算采用大量招聘軟件人才的方式解決這一問題，而是保持嘉楠硬件的基因，通過與更專業的合作伙伴共同解決軟件方面的挑戰。

張楠賡透露，嘉楠最早會在今年下半年公布在軟件方面的合作進展。

還有一個更深層次的問題，嘉楠為什么要選擇不成熟的 RISC-V CPU 推出 AI 芯片？張楠賡的回答是：“在行業的選擇上，我們選擇了 AI 這個有巨大需求量的市場，在技術上，選擇 RISC-V 有成本優勢，在未來的 AI 市場會大有所為，開源開放也是我們一直擁護的?！?/p>

麥肯錫預測，全球 AIoT 市場規模 2025 年或將達到 11.2 萬億美元。張楠賡對嘉楠未來 3-5 年實現億元級別的 AI 營收繼續保持樂觀，并且預測，當嘉楠的 AI 業務營收達到 500 萬到 1.5 億美元的某個時點，會迎來爆發點。

小結

AI 和 AI 芯片為什么會在幾年的火熱之后就涼了？可以說是落地進展緩慢，更進一步來說缺少完整的 AI 產品，給消費者提供良好的體驗。作為提升產品體驗的關鍵，芯片算力的提升至關重要。嘉楠作為率先推出 AI 芯片，也是最早選擇 RISC-V 的公司，其產品和技術的演進給我們了解 AIoT 市場的發展提供了非常多可參考的信息。

從使用公版 CPU 到選擇自研，從 KPU 架構的升級，到自研高速接口，可以看到這個市場在高速增長，也能看到嘉楠對于 AI 市場，以及做一件更大事情的信心。

張楠賡說：“一個公司的成功，最核心的是戰略的正確，對于嘉楠來說堅持自主研發就是戰略，解決別人沒有解決的事情。”