一、背景與意義

當前隨著人工智能理論和技術的日益成熟，應用范圍不斷擴大，目前已廣泛應用于計算機科學、金融貿(mào)易、醫(yī)藥、診斷、重工業(yè)、運輸、遠程通訊、在線和電話服務、法律、科學發(fā)現(xiàn)、玩具和游戲、音樂等諸多方面。

算力作為承載人工智能應用的平臺和基礎，其發(fā)展推動了整個人工智能系統(tǒng)的進步和快速演進，是人工智能最核心的要素之一。以人工智能應用為主要任務的，面向智能計算的處理器的相關設計方法與技術已成為國內(nèi)外工業(yè)界和學術界共同角逐的熱點，國內(nèi)外企業(yè)紛紛布局AI芯片。

AI芯片的應用場景不再局限于云端，部署于智能手機、安防攝像頭、及自動駕駛汽車等終端的各項產(chǎn)品日趨豐富。除了追求性能提升外，AI芯片也逐漸專注于特殊場景的優(yōu)化。

為了進一步促進供需對接，為AI芯片供應商和需求商提供交流的平臺，中國人工智能產(chǎn)業(yè)發(fā)展聯(lián)盟（以下簡稱“AIIA”或聯(lián)盟）計算架構與芯片推進組啟動“AI芯片技術選型目錄”（以下簡稱“選型目錄”）的工作，希望為AI芯片的可持續(xù)發(fā)展，服務和促進相關產(chǎn)業(yè)發(fā)展壯大貢獻一份力量。

人工智能芯片按照目前的應用場景來看，主要分為訓練和推斷兩類場景，按部署位置又可分為云端、邊緣和終端。AIIA“AI芯片技術選型目錄”具體根據(jù)應用場景與部署位置，包含云端訓練、基于云端、邊緣和終端推斷的四大產(chǎn)品形態(tài)。又依據(jù)行業(yè)應用，AI芯片技術選型目錄根據(jù)垂直應用場景如圖3所示給出。

AI芯片根據(jù)行業(yè)應用分類圖

二、云端訓練

技術概述

百度昆侖1芯片面向AI通用計算，基于百度XPU架構，既可以用于訓練，也可以用于推理，能全面支持語音，圖像，自然語言處理等應用。

技術指標百度昆侖1芯片基于百度XPU架構，采用三星14nm工藝，HBM2和PCIE4.0等技術，給用戶提供高性能、高帶寬、低功耗、高靈活性、高度可編程等優(yōu)勢。

產(chǎn)品信息

應用案例

百度ERNIE模型，應用于翻譯、搜索排序等場景。百度網(wǎng)盤里的圖像模型；百度云主機；百度云的工業(yè)質檢客戶。

產(chǎn)品特征/技術特點

1．高性能，峰值256Tops；

2．高帶寬，片外內(nèi)存帶寬512GB/s；

3．高度可編程性，能提供C/C++的編程，用戶可以自由開發(fā)自己的算子。

上海燧原科技有限公司-邃思通用人工智能訓練芯片

技術概述

邃思芯片集成神經(jīng)元處理器架構和數(shù)據(jù)處理引擎，通過可編程的通用張量/向量運算核心，支持各類數(shù)據(jù)精度的主流深度學習訓練負載。

技術指標

邃思芯片采用12nmFinFET工藝，2.5D封裝，總計141億個晶體管。其宣稱單芯片提供20TFLOPS@FP32及80TFLOPS@BF16/FP16的算力，最大功耗190W。

邃思芯片主要技術特點包括：自主指令集的神經(jīng)元處理器（SIP），可編程的通用張量/向量運算核心，支持張量/向量/標量計算；神經(jīng)元處理集群（SIC），由8個神經(jīng)元處理器構成，4MB共享集群緩存；自主研發(fā)2.5D封裝，集成16GBHBM存儲，提供512GB/s帶寬；自主ESL（燧原智能互聯(lián)，Enflame SmartLink）片間互聯(lián)引擎，每通道雙向50GB/s，4通道總共200GB/s接口帶寬，通道延時小于1μs；系統(tǒng)穩(wěn)定性控制，支持服務器級別RAS需求。支持CNN、RNN、LSTM、BERT等網(wǎng)絡模型

產(chǎn)品信息

產(chǎn)品特征/技術特點

云燧T10是基于邃思芯片打造的人工智能訓練加速卡，20TFLOPS@FP32，最大功耗225W，支持FP32/FP16/BF16/INT8/INT16/INT32等多種數(shù)據(jù)類型；支持PCIe4.0接口，提供64GB帶寬以及200GB/s片間互聯(lián)帶寬；

計算和編程平臺主要包含分布式調度、軟件開發(fā)包（SDK）和設備驅動層，用戶可以將已有訓練系統(tǒng)，無縫遷移至邃思平臺上運行，無需二次開發(fā)或者模型轉換工作。

云燧T10人工智能訓練加速卡面向云端數(shù)據(jù)中心，可廣泛應用于互聯(lián)網(wǎng)、金融、教育、醫(yī)療、工業(yè)及政務等人工智能訓練場景。

NVIDIA-NVIDIAA100/V100/T4Tensor Core GPUs

技術概述

為數(shù)據(jù)中心GPU，可加快AI、高性能計算(HPC)和圖形技術的發(fā)展。

技術指標

NVIDIA Ampere GPU架構配備540億個晶體管，為7納米芯片架構，集訓練和推理于一身，具有多實例GPU、TF32、結構化稀疏等特性。

NVIDIAVolta GPU架構配備640個Tensor內(nèi)核，可提供每秒超過100萬億次(TFLOPS)的深度學習性能，是上一代NVIDIA Pascal架構的5倍以上。NVIDIA Turing GPU架構支持實時光線追蹤、AI、模擬和光柵化技術。

應用案例

利用NVIDIAA100/V100/T4GPU可以更快速地處理要求最嚴格的高性能計算(HPC)和超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心工作負載。現(xiàn)在，數(shù)據(jù)科學家和研究人員可以在能源勘探和深度學習等應用場合中解析PB級的數(shù)據(jù)，速度比使用傳統(tǒng)CPU快幾個數(shù)量級。NVIDIA A100/V100/T4加速器可以超快速度運行更大型的模擬。此外，NVIDIA GPU還能為虛擬桌面、應用程序和工作站提供超高性能和用戶密度。

產(chǎn)品特征/技術特點

NVIDIA A100采用了NVIDIA Ampere架構的突破性設計，集AI訓練和推理于一身，宣稱其性能相比于前代產(chǎn)品提升了20倍。作為一款通用型工作負載加速器，A100還被設計用于數(shù)據(jù)分析、科學計算和云圖形。NVIDIAT4GPU推理加速器搭載NVIDIATuringTensorCore，提供多精度推理性能，以加速人工智能的各種應用。

產(chǎn)品信息

賽靈思–Alveo

技術概述

賽靈思AlveoTM數(shù)據(jù)中心加速器卡專為現(xiàn)代數(shù)據(jù)中心多樣的應用需求而設計。Alveo加速器卡可通過對加速資源的重新配置，適應持續(xù)算法優(yōu)化，在降低總成本的同時，靈活支持各類工作負載。

賽靈思推出的Vitis統(tǒng)一軟件平臺為各類軟件和AI推理應用開發(fā)提供統(tǒng)一編程模型，幫助用戶加速實現(xiàn)從C/C++、Python、Caffe、Tensor flow到差異化應用落地的開發(fā)過程。

技術指標

賽靈思Alveo數(shù)據(jù)中心加速器卡基于Xilinx 16nm Ultra Scale架構，使用賽靈思堆疊硅片互聯(lián)(SSI)技術來實現(xiàn)FPGA容量、帶寬和功耗效率，通過結合多個超邏輯區(qū)域(SLR)來增大密度。

Alveo加速卡旨在加速服務器或工作站中的機器學習、數(shù)據(jù)分析和視頻處理等計算密集型應用。Alveo U50卡采用XCU50 FPGA包括2個SLR，配備PCIe Gen4和8G HBM2，每秒100G網(wǎng)絡連接，以高效能75瓦、小尺寸形式為金融計算、機器學習、計算存儲以及數(shù)據(jù)搜索與分析工作負載提供優(yōu)化加速。

AlveoU200卡采用XCU200FPGA包括3個SLR,AlveoU250卡使用XCU250FPGA包括4個SLR。二者均可連接到PCIExpress的16個通道，最高運行速度8GT/s(Gen3)，也可以連接到4根DDR4 16GB 2400MT/s64位含糾錯碼(ECC)的DIMM，總計64GB的DDR4。

應用案例

Alveo加速卡已經(jīng)開發(fā)和認證的關鍵應用涵蓋AI/ML、視頻轉碼、數(shù)據(jù)分析、金融風險建模、安全和基因組學等。Algo-Logic SystemsInc、Bigstream、Black LynxInc.、CTAccel、Falcon Computing、Maxeler Technologies、Mipsology、NGCodec、Skreens、Sum Up Analytics、Titan IC、Vitesse Data、VYUsync和Xelera Technologies等合作伙伴開發(fā)完成的應用已經(jīng)投入部署。此外，DellEMC、Fujitsu Limited和IBM等頂級OEM廠商也在同賽靈思合作，認證采用Alveo加速器卡的多個服務器SKU。

Alveo-Mipsology,Zebra搭載Alveo

U50數(shù)據(jù)中心加速卡用于神經(jīng)網(wǎng)絡推理，板卡功耗75W，關鍵功能：快速卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(CNN)推理——Zebra設立了新的性能標準；支持所有神經(jīng)網(wǎng)絡——Zebra可加速任何CNN的所有層級；易于使用——Zebra是“即插即用”的解決方案，無需對神經(jīng)網(wǎng)絡進行修改或再訓練；不改變軟件環(huán)境——無新語言、框架或工具。Zebra在TensorFlow、PyTorch、ONNX、Caffe和MXNet模型內(nèi)運行；可擴展性、靈活性和適應性——Zebra可替代GPU或在任何位置補充CPU。

Alveo-SK電訊基于人工智能的實時物理入侵和盜竊檢測服務，基于賽靈思Alveo U250加速器卡，可提供充足的吞吐量與精準度

產(chǎn)品特征/技術特點

AlveoU50數(shù)據(jù)中心加速器卡采用賽靈思UltraScale+架構，使用半高半長的外形尺寸和低于75瓦的低包絡功耗。該卡支持第四代PCIe及高帶寬存儲器（HBM2），每秒100G網(wǎng)絡連接，面向各種類型的服務器部署。

AlveoU50加速器卡產(chǎn)品詳細介紹：

通過PCIe3.3V電源供電線提供的HBM2功耗僅限為10W。使用HBM2可實現(xiàn)的性能受限于此功耗限制，并且因設計而異。HBM2的額定帶寬為201GB/s。在不兼容PCIe的規(guī)格中，針對A-U50DD-P00G-ES3-G和A-U50-P00G-PQ-G卡測得的HBM2帶寬峰值為316GB/s。

AlveoU200和U250數(shù)據(jù)中心加速器卡采用PCIeGen3x16，設計用于加速高計算強度應用，如機器學習、數(shù)據(jù)分析和視頻處理。

AlveoU280數(shù)據(jù)中心加速器卡專為計算和存儲工作負載而設計，擁有8GBHBM2+32GB DDR4內(nèi)存、1.1MLUT、8.5kDSP片、每秒100G雙網(wǎng)絡連接，并支持第四代PCIe和CCIX互聯(lián)標準。

AlveoU280加速器卡產(chǎn)品詳細介紹：

產(chǎn)品信息

科寒武紀科技股份有限公司-寒武紀思元100

技術概述

為云端推理提供運算能力支撐

技術指標

INT8算力32TOPS,內(nèi)置硬件編解碼引擎

應用案例

計算機視覺、語音識別、自然語言處理。

產(chǎn)品信息

產(chǎn)品特征/技術特點

1．通用智能，支持計算機視覺、語音識別、自然語言處理等多模態(tài)智能處理；

2．針對深度學習定制的指令集和處理器架構，具有更優(yōu)的能效比；

3．完善軟件開發(fā)環(huán)境NeuWare，包括應用開發(fā)、功能調試、性能調優(yōu)等。

中科寒武紀科技股份有限公司-寒武紀思元270

為高能效比AI推理設計的數(shù)據(jù)中心級PCIe智能加速卡。

技術指標

支持多種精度，比上一代加速芯片計算能力提高4倍，INT8算力128TOPS。

應用案例

廣泛支持視覺、語音、自然語言處理以及傳統(tǒng)機器學習等高度多樣化的人工智能應用，幫助AI推理平臺實現(xiàn)高能效比。

產(chǎn)品特征/技術特點

1．支持INT16、INT8、INT4、FP32、FP16多種精度；2．內(nèi)置視頻和圖片編解碼器，有效降低CPU前處理負載和PCIe帶寬占用；3．計算彈性，支持多類神經(jīng)網(wǎng)絡，寒武紀Neuware軟件棧部署推理環(huán)境；4．可編程，基于Bang語言編程環(huán)境可對計算資源定制，滿足多樣化需求。

產(chǎn)品信息

北京比特大陸科技有限公司-比特大陸算豐TPU芯片BM1684

技術概述

BM1684是比特大陸面向深度學習領域自主研發(fā)的第三代張量處理器（TPU），是聚焦視頻圖像分析的云端及邊緣的人工智能推理芯片。

技術指標

芯片：BM1684聚焦視頻圖像分析，是云端及邊緣的人工智能推理芯片；AI算力：17.6TOPSINT8，Winograd卷積加速下最高可達35.2TOPS，實測推理性能較上一代提升約5倍以上；AI架構：本芯片基于自主研發(fā)的TPU架構；典型功耗：16W；視頻解碼：支持H264/H265解碼，最大分辨率8192x8192，支持4K/8K。H264和H265解碼都支持32路高清30FPS@1080P，可處理數(shù)十路視頻智能分析全流程；

應用案例

北京海淀城市大腦中的AI計算推理，百度大腦Paddle TPU計算集群，處理千路級別的高清視頻結構化。福州長樂區(qū)的AI算力中心TPU計算集群，處理上千路的高清視頻結構化、人臉識別等。福州城市大腦的AI計算推理TPU計算集群，處理千路級別的高清視頻結構化。

優(yōu)必達（Ubitus）的互聯(lián)網(wǎng)云端游戲AI加速TPU加速游戲中的圖像特征提取，畫面增強，超分辨率等。

產(chǎn)品特征/技術特點

BM1684芯片技術特點是：

1）TPU芯片架構自主研發(fā)，相關專利申請達到270項以上；

2）性能功耗比高，在16W情況下，最高可達到35.2T性能（Winograd加速）；

3）視頻解碼路數(shù)多，支持32路H264和H265高清30FPS@1080P硬解碼；

4）視頻全流程處理能力強，可達到16~32路典型視頻結構化/人臉分析路數(shù)；

5）AI工具鏈完備，Caffe,Tensorflow,PyTorch，MXNet，PaddlePaddle都支持；

6）部署場景靈活，云端和邊緣均可部署；

7）使用靈活，可工作于PCIE從設備模式或者SOC主設備模式；

板卡產(chǎn)品特色：

1）75W半高半長PCIE小卡，峰值算力105.6T，無需外接供電；

2）宣稱其性能趕上并部分超越英偉達推理GPUT4；

3）視頻解碼路數(shù)多，96路高清視頻30FPS解碼；

模組產(chǎn)品特色：

1）AI邊緣計算模組，17.6T/35.2T；

2）視頻解碼支持32路H264和H265高清30FPS@1080P硬解碼；

3）視頻全流程處理可達到16~32路典型視頻結構化/人臉分析；

盒子產(chǎn)品特色：

1）AI邊緣計算盒子，17.6T/35.2T；

2）視頻全流程處理能力可達到16~32路典型視頻結構化/人臉分析；

3）可室外部署，無風扇散熱，-20℃至

+60℃寬溫；

4）接口支持USB/HDMI/RS-485/RS-

232等；

產(chǎn)品信息

深圳鯤云信息科技有限公司-星空x3加速卡

技術概述

星空X3加速卡為鯤云推出的面向邊緣端和數(shù)據(jù)中心進行深度學習推斷的AI計算加速卡，搭載鯤云自研的定制數(shù)據(jù)流CAISA芯片，采用無指令集的架構方式，為支持深度學習的邊緣和數(shù)據(jù)中心服務器提供計算加速方案。

技術指標

支持ResNet、VGG、YOLO等多個主流

CNN算法模型提供Rain Builder編譯工具鏈，支持端到端算法開發(fā)和部署支持Tensor Flow、Caffe、PyTorch及ONNX(MXNet)等主流深度學習框架開發(fā)的算法模型其宣稱芯片利用率可達95.4%

應用案例

工業(yè)領域：鯤云與合作方針對某電容上激光刻蝕字符推出基于深度學習的OCR識別方案，識別算法采用了深度學習方法，可識別字母、數(shù)字以及數(shù)十種特殊字符，字符識別精度可達到99.99%。采用搭載鯤云CAISA芯片的星空加速卡，識別延遲可以降低到50ms，識別速度可達到20pcs/s。

電力領域

鯤云與合作方通過研究適用于電力無人機巡檢的目標檢測深度學習算法，實現(xiàn)基于人工智能技術的電力無人機智能巡檢、數(shù)據(jù)采集，并在服務器端進行高質量的圖片數(shù)據(jù)分析，提高巡檢效率，降低巡檢工作量。

產(chǎn)品特征/技術特點

其宣稱芯片利用率可達95.4%；時延：3ms分類延時支持分類、目標檢測以及語義分割類深度學習算法；Batchsize不敏感；溫度范圍：-20℃~70℃

實測Benchmark

產(chǎn)品信息

華為技術有限公司-昇騰310AI處理器

技術概述

昇騰AI處理器的主要架構組成：芯片系統(tǒng)控制CPU（Control CPU）

AI計算引擎（包括AICore和AI CPU）多層級的片上系統(tǒng)緩存（Cache）或緩沖區(qū)（Buffer）數(shù)字視覺預處理模塊（Digital VisionPre-Processing，DVPP）等。

技術指標

應用案例

華為針對其昇騰AI芯片的計算架構專門構建了完整的軟件棧，兼容各個深度學習框架并能夠高效運行在昇騰AI芯片上，讓開發(fā)者能夠快速開發(fā)推理應用，為開發(fā)者提供便利的解決方案。當前主流的深度學習應用，包括圖像分類、人臉識別、目標檢測、光學字符識別、視頻處理和自然語言處理領域的各個模型，均可以在昇騰310處理器上得到很好的技術支持。

產(chǎn)品特征/技術特點

達芬奇架構主要由計算單元、存儲系統(tǒng)和控制單元三部分構成。其中計算單元又分為：矩陣計算單元、向量計算單元、標量計算單元，分別對應矩陣、向量和標量三種常見的計算模式。

矩陣計算單元（CubeUnit）：矩陣計算單元和累加器主要完成矩陣相關運算。一拍完成一個FP16的16x16與16x16矩陣乘（4096）；如果是INT8輸入，則一拍完成16*32與32*16矩陣乘（8192）；

向量計算單元（VectorUnit）：實現(xiàn)向量和標量，或雙向量之間的計算，功能覆蓋各種基本的計算類型和許多定制的計算類型，主要包括FP16/FP32/INT32/INT8等數(shù)據(jù)類型的計算；

標量計算單元（ScalarUnit）：相當于一個微型CPU，控制整個AICore的運行，完成整個程序的循環(huán)控制、分支判斷，可以為Cube/Vector提供數(shù)據(jù)地址和相關參數(shù)的計算，以及基本的算術運算。

產(chǎn)品信息

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