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未來，這樣的提升還需要呈10倍、百倍地增長，因為我們的未來是一個全面數字化的時代。
©深響原創 · 作者｜張嘉豪

“芯片上的晶體管密度每18個月就會翻一番，隨之而來的便是芯片性能的翻倍。”——這是影響了半導體產業數十寒暑的摩爾定律，眾所周知，這一定律正在失效。 高通中國區董事長孟樸在今年5月的采訪中曾告訴「深響」：“這個規律（摩爾定律）不一定能一直持續，但是半導體技術的更新換代是一直在持續的……半導體的發展有物理極限，但是科技創新就是把不可能變成可能。” 安謀科技CEO 吳雄昂則表示：“算力的演進是我們信息技術革命的核心基礎，在PC時代，CPU加上工藝的演進，讓算力提升了近百倍；在移動互聯網時代，Arm CPU、GPU加上工藝的演進，從第一代iPhone到iPhone 12，算力提升達到了280倍。未來，這樣的提升還需要呈10倍、百倍地增長，因為我們的未來是一個全面數字化的時代。” 時代變了，AI、5G、IoT技術空前發展、信息數據大爆炸， IDC統計顯示，預計到2025年，全球數據量將達到163 ZB，而這意味著算力要求的不斷提高。從單純的中央處理器（CPU）到大眾所熟知的圖形處理器GPU（也就是顯卡），到嵌入式神經網絡處理器NPU，再到近年來各廠商不斷推出的各種AI芯片，最終，聚光燈落在了性能更強、效率更高、更加靈活的XPU上。 而各大廠商早已紛紛布局，逐夢XPU，構建自身多維產品能力：英特爾為首的老牌玩家“將重心從單獨的CPU轉移到跨CPU、GPU、FPGA和其他加速器的混合架構，并稱其為‘XPU’愿景”；安謀科技則以「核芯動力」為主打品牌推出XPU戰略，“通過強大的自研XPU IP產品和專業的一站式支持和服務，賦能中國客戶、消費者、產業生態”。 雖然這些XPU有著區別與各自的特點，但是大家都指向著更高效的計算、更強的性能、更豐富的應用場景，是硬科技接下來的真動力。




無法忽視的XPU 8月26日，安謀科技召開新業務品牌戰略發布會，推出了以「核芯動力」為主打品牌的XPU戰略。 “未來世界里有很多應用場景，以自動駕駛為例，攝像頭的清晰度每過幾年就翻番……這些攝像頭產生的數據流都必須被實時性地處理，才能保障行車安全。更重要的是，隨著這類自動化、自主智能設備的出現，設備和設備之間、車和網絡之間的實時互動產生了更多的多樣化數據。這些海量的數據流必須有一個全新的計算架構才能提供百倍算力的提升。”吳雄昂如是談及XPU戰略的需求起源。 其實，XPU的應運而生主要依托于兩個大背景：通用計算層面，基于CPU的算力演進速度日趨緩慢；融合計算層面，專有數據流計算處理大幅增長。這也就是說，數據處理的需求激增但算力的發展跟不上，中間的鴻溝就會越來越大。
比如自動駕駛芯片通常具有“CPU+XPU”的多核架構，L3+的車端中央計算平臺需要達到500+TOPS的算力，只具備CPU處理器的芯片不能滿足需求。所以自動駕駛SoC芯片上通常需要集成除CPU之外的一個或多個XPU來做AI運算。特斯拉在2019年4月發布的全自動駕駛套件（Tesla FSD）賺足了眼球，其搭載的神經網絡加速器(NPU)就是整塊FSD芯片上最大的組件和最重要的邏輯部分。
而XPU可能是一個，也可能是多個，X代表著無限的可能性。這些不同的、專業的“XPU”以某種最優的方式組合在一起，然后在CPU的指揮下去做自己更擅長的事情。簡單來講，在系統中，中央處理器將化身成為一個管家，在讀取得到的指令后不再由自己來完成所有任務，而是將任務分配出去，以達到計算能力最大化的目的。 這樣一來，計算的能量將會被進一步釋放： 第一，功耗小、成本低。還是舉特斯拉FSD芯片的例子。根據特斯拉官方數據，FSD計算機（HW 3.0）與其上一代產品（HW 2.5）相比，性能提高了21倍，而功耗僅提高了25％，其中NPU的貢獻功不可沒。 第二，個性化、定制化。針對特定需求所設計的XPU，在處理相關數據和信息時的計算能力和性能表現會更加優秀，也更能適應多樣化使用場景對于計算速度的要求。 第三，開發者友好。一位芯片行業從業者告訴「深響」：“如果CPU和XPU是一起的就更好了，我就不用一家一家地買不同的IP。從技術方面來說，推出新的架構肯定對于技術類的公司是非常好的，說明行業在進步，巨頭們沒有躺賺而是堅持在探索這個領域，面對不同的應用需求，推出不同的處理單元，肯定是更好的。” 此外隨著目前神經網絡算法和與之對應的計算架構不斷涌現，如果每逢“上新必剁手”，最終下沉到用戶和企業身上，就會導致使用成本和替換成本過高。因此，最好的解決辦法就是將多種計算架構融合在一起，大家集體做功，生命周期就長的多了，在產業落地上也具有了更大的優勢。 所以，有了這些優勢，再結合當下越來越豐富的計算場景、越來越龐大的數據，XPU這條賽道不容小覷。 “在過去，從CPU到NPU 、VPU再到 ISP，每個計算單元都是獨立的，合作伙伴往往需要從多個供應商那里把這些IP根據場景重新定義、二次開發、裁剪和優化。在新的高密度數據流計算環境當中，這是一個巨大的挑戰。” 吳雄昂表示：“針對這樣的挑戰，我們根據場景，重新定義融合計算架構、新的指令集、處理器IP、系統軟件、設計服務。不同的計算單元根據使用場景進行重新定義、組合以及架構融合，優化數據搬運，降低功耗，提升效能，給我們合作伙伴提供一個完整的交付方案。”




核芯動力開啟 當前，各個產業轉型所面臨的一個問題就是如何快速由信息化時代進入數字化時代。在信息化時代，計算機領域封閉的硬件架構造成了無法協同的管理機制。這也正是數字化時代計算機領域的一個發力點。 憑借上文提到的種種優勢，XPU也逐漸成為一股推動數字化轉型的重要力量。XPU，并非硬件層面的物理堆砌，其本質上講求的是通過互聯互通、跨架構的軟件和生態構建來改變“分頭發展、多頭并舉”的老路。 英特爾的策略是在自身X86架構的基礎上，將其賴以成名的CPU與其他類型的處理器結合，來打造自己的XPU系統。 2018年，在成為中資控股的本土企業之后，安謀科技也在順應發展趨勢的XPU賽道上加大自身的投入，同時構建起自己的生態。


事實上，在過去十余年，安謀科技及前身Arm中國開拓并賦能了國內年產值過千億人民幣規模的芯片設計產業，拉動了下游年產值過萬億人民幣規模的智能科技產業生態。 這讓安謀科技成為了中國最大的芯片設計IP供應商，其結合中國市場需求，自主研發基于Arm技術的IP與標準，賦能本土芯片生態合作伙伴超過250家，中國客戶國產芯片累計出貨量約200億，并在過去十余年取得近200倍的增長。 國產SoC中，有95%是基于Arm處理器技術，預計到2035年，將由超過1萬億臺智能電子設備實現互聯。從各種傳感器、門禁卡、手機、家電、汽車，到工業機械、通信基站、數據中心、云服務器，基于Arm架構的芯片無處不在。 在此基礎上，安謀科技提出“A+X”雙輪驅動戰略，一方面持續推動Arm CPU架構的本土化、生態化發展；另一方面，發揮本土企業的優勢，聚焦自主研發，打造自主架構的XPU產品和多樣化生態，以自主架構XPU的創新發展與傳統計算IP相配合，提供多樣化、定制化、符合中國產業及市場需求的計算元素。可以預見，安謀科技的「核芯動力」將會越來越強。 再具體來看，「核芯動力」的具體優勢主要體現在靈活、高效、專用及支持豐富產品組合等特性上。其中，高靈活性表現在可以根據計算密度的需求，動態來分布負載；高效率部分能夠基于場景調度XPU，提高整體計算效率；高性能部分可以用新的架構提升性能，并且實現超低功耗。此外，也可以支持豐富的XPU產品組合。
目前「核芯動力」已經落實了包括“周易”NPU、“山海”SPU(信息安全解決方案)以及“玲瓏”ISP、“玲瓏”VPU在內的四大產品線。 僅以其中的“周易”NPU為例，作為安謀科技面向人工智能設計的全新AI處理單元，已經廣泛應用于安防、智能家居、移動設備、物聯網、車載等市場。除了更低的成本、更強的安全性以及高性能的AI算力之外，“周易”NPU的一大特點就是適配性強，開放通用。
對于新開發的芯片，“周易”平臺還可以讓芯片合作伙伴使用“周易”NPU IP設計新的SoC，并提供了驗證測試向量、參考用例和后端實現參考流程等全面支持，以加速新的SoC設計。這種在IP設計過程中的開放性已初步顯示出安謀科技對于開放生態的一種態度。
搭載“周易”AIPU的全志科技AI語音專用芯片
就像多年前Arm放棄了傳統IDM模式、開創授權模式一樣，安謀科技承襲了這一開放、創新的基因。這也是安謀科技XPU與其他廠商XPU最大的不同——它不是封閉的，而是開放的。它為客戶提供一體化IP解決方案，與客戶攜手打造共享共贏的生態；甚至發起并加入"智能計算產業技術創新聯合體”，與聯合體成員共同宣布全球首個開源神經網絡處理器指令集架構。 生態一方面能夠促進其中的企業加速成長，形成互利共贏的局面。反過來，不同細分領域的廠商加入進來，也能更好地豐富應用場景，激發整個生態創新發展的活力。而開放生態或許還不夠，安謀科技還打算進一步賦能生態。其實早從2016年起，安謀生態里的安創加速器就開始在商業模式和資本方面為中小企業和研發團隊提供支持。 “我們也希望‘共建·共享’這個理念不僅僅用在架構指令集本身。” 正如吳雄昂在發布會上所分享的關于生態的看法，從社區、投資、標準、學術研究到產業發展，其也將依托這個開源指令集和XPU的核心技術，打造一個全球開放的生態。 除了技術實力和開放生態，還有特別值得注意的一點是，無論在國內還是國外，XPU還都沒有形成一套成熟的標準，這給各個企業帶來機遇的同時，也帶來了風險和挑戰。安謀科技擁有中國屬性和強烈的國產化決心。核芯動力XPU是中國團隊自主研發的架構和技術，未來有希望以中國為中心打造一套國際標準。