AI芯片最后代表的是深度學(xué)習(xí)和算法，AI芯片的這些功能也將會運(yùn)用到多個行業(yè)的產(chǎn)品中發(fā)揮智能化特點(diǎn)，更好的發(fā)揮這些產(chǎn)品的性能。

　　AI芯片市場的市場規(guī)模

　　2016年人工智能芯片市場規(guī)模達(dá)到6億美元，預(yù)計到2021年將達(dá)到52億美元，年復(fù)合增長率達(dá)到53%，增長迅猛。

　　1，智能手機(jī)

　　2016年中國大陸市場智能手機(jī)出貨量4.67億部，占全球份額為31.77%;根據(jù)數(shù)據(jù)，2016年中國大陸品牌智能手機(jī)出貨量6.29億部，占全球份額為42.8%。在PC電腦方面，根據(jù)數(shù)據(jù)，2016年中國大陸PC電腦出貨量0.8億臺，占全球份額為30.8%。2016年中國大陸(含在華國外企業(yè))制造的智能手機(jī)占全球的74%，平板電腦占76%筆記本電腦占91%，顯示器占88%，數(shù)字電視占49%，因此中國大陸電子市場對IC產(chǎn)品有著龐大的需求。

　　2，集成電路

　　在下游產(chǎn)業(yè)爆發(fā)式增長的推動下，中國電子產(chǎn)業(yè)獲得了強(qiáng)大的發(fā)展動力，特別是集成電路產(chǎn)業(yè)，在下游市場的推動以及政府與資本市場的刺激，呈現(xiàn)了快速的增長。根據(jù)中國半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會的統(tǒng)計，2016年中國集成電路產(chǎn)業(yè)銷售額(位于中國大陸境內(nèi)的國內(nèi)外廠商銷售總額)達(dá)到4335.5億元，比上年增長20.1%。集成電路產(chǎn)業(yè)銷售主要劃分為IC設(shè)計、IC制造和IC封測三大環(huán)節(jié)，由于中國在IC設(shè)備和材料方面國產(chǎn)化能力低，不具備規(guī)模銷售能力，因此在整個IC產(chǎn)業(yè)銷售額中的占比極低。2016年中國IC設(shè)計產(chǎn)業(yè)銷售額1644.3億元，同比增長24.1%，IC制造產(chǎn)業(yè)銷售額1126.9億元，同比增長26.1%，IC封測產(chǎn)業(yè)銷售額1564.3億元，同比增長13.03%。

　　與中國集成電路產(chǎn)業(yè)銷售額保持年均20%高增長相對比的是，全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)保持穩(wěn)定，2015/2016年的增速均為1.0%左右。

　　3，市場規(guī)模預(yù)測

　　根據(jù)中國半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會的測算，IC設(shè)計、制造、封測資產(chǎn)投資規(guī)模按照專業(yè)的投入產(chǎn)出比均值進(jìn)行測算，設(shè)計1:2，制造1:0.25，封測1:1.1。因此，到2020年，設(shè)計產(chǎn)業(yè)銷售增量2600億元，需要新增投資1300億元，制造產(chǎn)業(yè)銷售增量1600億元，需要新增投資6400億元，設(shè)計產(chǎn)業(yè)銷售增量1400億元，需要新增投資1261億元，合計新增投資約為9000億元。為了達(dá)到集成電路發(fā)展目標(biāo)和配合投資增量，未來五年預(yù)計需要在設(shè)備和材料領(lǐng)域投入的研發(fā)資金分別為180億元和190億元，對應(yīng)2016-2020年產(chǎn)業(yè)發(fā)展資金投入需要分別達(dá)到120億元和330億元。

　　從市場規(guī)模角度來看，半導(dǎo)體設(shè)備的市場規(guī)模與制造和封測廠的建設(shè)投資直接成正比關(guān)系，而材料的市場規(guī)模與制造和封測廠建成之后的產(chǎn)量/體量成正比關(guān)系(產(chǎn)量/體量又正比于制造與封測工廠的投資規(guī)模)，根據(jù)《中國集成電路產(chǎn)業(yè)“十三五”發(fā)展規(guī)劃建議》，2020年中國集成電路制造和封測銷售額相比于2016年將擴(kuò)大一倍(從2016年的2681億元到2020年的5400億元)，因此我們判斷，對應(yīng)集成電路用半導(dǎo)體材料銷售額將從2016年的431億元(65.3億美元)擴(kuò)大至2020年的868億元。

　　AI芯片的發(fā)展分析

　　1，手機(jī)和平板。

　　手機(jī)和平板市場一年的出貨量在30億顆左右(含功能機(jī))，除蘋果外總值300億刀。手機(jī)主要玩家是蘋果(3億顆以下)，高通(8億顆以上)，聯(lián)發(fā)科(7億顆以上)，三星(1億顆以下)，海思(1億顆)，展訊(6億顆以上)，平板總共4億顆左右。而28納米工藝，量很大的話(1億顆以上)，工程費(fèi)用可以攤的很低，平均1平方毫米的成本是8美分左右，低端4G芯片(4核)的面積差不多是50平方毫米以下，成本就是4刀。中端芯片(8核)一般在100平方毫米左右，成本8刀。16納米以及往上，同樣的晶體管數(shù)，單位成本會到1.5倍。

　　DLA綠色的模塊形成類似于固定的流水線，上面有一個控制模塊，可以用于動態(tài)分配計算單元，以適應(yīng)不同的網(wǎng)絡(luò)。稀疏矩陣壓縮減少帶寬，優(yōu)化的矩陣算法減少計算量，外加SRAM(一個273x128, 128x128, 128x128 ,128x6 的4層INT8網(wǎng)絡(luò)，需要70KB SRAM)。有些加速器增加了一個SmartDMA引擎，可以通過簡單計算預(yù)取所需的數(shù)據(jù)。對于中高端手機(jī)，GPU和CPU的資源在不打游戲的時候有冗余，那么就沒有必要去掉圖形功能，直接在GPU里面加深度學(xué)習(xí)加速器就可以，讓GPU調(diào)度器統(tǒng)一調(diào)度，進(jìn)行異構(gòu)計算。

　　2，家庭市場(智能音箱)

　　家庭市場包括機(jī)頂盒/家庭網(wǎng)關(guān)(4億顆以下)，數(shù)字電視(3億顆以下)，電視盒子(1億以下)三大塊。整個市場出貨量在7億片，電器里面的MCU并沒有計算在內(nèi)。MStar/ 海思/博通/ Marvell / Amlogic都在這個市場，小公司更是無數(shù)。如果沒有特殊要求，拿平板的芯片配個wifi就可以用。當(dāng)然，中高端的對畫質(zhì)還是有要求，MTK現(xiàn)在的利潤從手機(jī)移到了電視芯片，屏幕顯示這塊有獨(dú)到的技術(shù)。很多機(jī)頂盒的網(wǎng)絡(luò)連接也不是以太網(wǎng)，而是同軸電纜等，這種場合也得專門的芯片。

　　智能音箱的市場更廣泛，其中，亞馬遜和谷歌占大頭，芯片均采用ARM Cortex-A小核做控制器，DSP做圖像和語音處理的方式。其中，DSP的運(yùn)算能力在10 Gops的INT8 MAC左右，并不高，價格卻不便宜，大于20美金。在芯片內(nèi)部，DSP的主要作用還是回聲消除，去噪，語音識別等。自然語言理解和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計算并不是在設(shè)備端，而是在云端。在國內(nèi)，百度和科大訊飛提供SDK甚至模塊，不過還是需要連到云端才能啟用完整功能。在芯片方面，國內(nèi)有些公司已經(jīng)發(fā)布了一些帶深度學(xué)習(xí)加速器的芯片，并集成語音處理模塊和內(nèi)存顆粒。未來這類芯片會更多，而軟件平臺，或者說語義處理到底放在云端還是終端，會成為爭奪的焦點(diǎn)。

　　3，監(jiān)控市場

　　接下去是監(jiān)控市場。監(jiān)控市場上的圖像識別是迄今為止深度學(xué)習(xí)最硬的需求。監(jiān)控芯片市場本身并不大，有1億顆以上的量，銷售額20億刀左右。主流公司有安霸，德州儀器和海思，外加幾個小公司，OEM自己做芯片的也有。

　　傳統(tǒng)的監(jiān)控芯片數(shù)據(jù)流，從傳感器進(jìn)來，經(jīng)過圖像信號處理單元，然后送給視頻編碼器編碼，最后從網(wǎng)絡(luò)輸出。如果要對圖像內(nèi)容進(jìn)行識別，那可以從傳感器直接拿原始數(shù)據(jù)，或者從ISP拿處理過的圖像，然后進(jìn)行識別。中高端的監(jiān)控芯片中還會有個DSP，做一些后處理和識別的工作。現(xiàn)在深度學(xué)習(xí)加速器進(jìn)來，其實(shí)和DSP是有些沖突的。如果要做識別以外的一些圖像算法，這顆DSP還是得在通路上，并不能被替代。并且，DSP對傳統(tǒng)算法的軟件庫支持要好得多。這樣，DSP替換不掉，額外增加處理單元在成本上就是一個問題。

　　4，機(jī)器人和無人機(jī)

　　第四個市場是機(jī)器人/無人機(jī)。手機(jī)和平板的芯片也能用在這個領(lǐng)域。無人機(jī)的話全球一年在200萬左右，做視覺處理的芯片也應(yīng)該是這個量級。無人機(jī)用到的識別模塊目前看還是DSP和CPU為主，因?yàn)镈SP還可以做很多圖像算法，和監(jiān)控類似。這個市場對于ISP和深度信息的需求較高，雙攝和結(jié)構(gòu)光都可以用來算深度計算。

　　在無人機(jī)上做ISP和視覺處理，除了要更高的清晰度和實(shí)時性外，還比消費(fèi)電子多了一個要求，容錯。無人機(jī)的定位都靠視覺，如果給出的數(shù)據(jù)錯誤或者模塊無反應(yīng)都不符合預(yù)期。解決這個問題很簡單，一是增加各種片內(nèi)存儲的ECC和內(nèi)建自檢，二是設(shè)兩個同樣功能的模塊，錯開時鐘輸入以避免時鐘信號引起的問題，然后輸出再等相同周期，同步到一個時鐘。如果兩個結(jié)果不一致，那就做特殊處理，避免擴(kuò)散數(shù)據(jù)錯誤。

　　5，汽車市場

　　第五個市場是汽車，整個汽車芯片市場近300億刀，在汽車電子上，深度學(xué)習(xí)的應(yīng)用就是ADAS了。在ADAS里面，語音和視覺從技術(shù)角度和前幾個市場差別不大，只是容錯這個需要進(jìn)一步系統(tǒng)化，形成Function Safety，整個軟硬件系統(tǒng)都需要過認(rèn)證，才容易賣到前裝市場。Function Safety比之前的ECC/BIST/Lock Step更進(jìn)一步，需要對整個芯片和系統(tǒng)軟件提供詳細(xì)的測試代碼和文檔，分析在各類場景下的錯誤處理機(jī)制，連編譯器都需要過認(rèn)證。認(rèn)證本身分為ASIL到A-ASIL-D四個等級，最高等級要求系統(tǒng)錯誤率小于1%。國內(nèi)很多手機(jī)和平板芯片用于后裝市場的ADAS，提供語音報警，出貨量也過百萬。

　　5，服務(wù)器及其他市場：

　　服務(wù)端的訓(xùn)練硬件，可以用于訓(xùn)練的移動端GPU每個計算核心面積是1.5mm (TSMC16nm)，跑在1Ghz的時候能效比是300Gops/W。最近970發(fā)布，麒麟芯片其實(shí)非常強(qiáng)調(diào)面積成本，而在高端特性上這么舍得花面積，可見海思要在高端機(jī)上走出自己的特色之路的決心，值得稱道。不過寒武紀(jì)既然是個跑指令的通用處理器，除了深度學(xué)習(xí)的計算，很多其他場合也能用上，比如ISP后處理，計算結(jié)構(gòu)光深度信息等等，能效可能比DSP還高些。

　　AI芯片促進(jìn)了科技產(chǎn)品的智能化發(fā)展，將這項(xiàng)技術(shù)和現(xiàn)有產(chǎn)品結(jié)合在一起才能實(shí)際擴(kuò)大AI芯片的市場份額，這也是相關(guān)公司的努力方向。