咨询热线

400-007-6266

010-86223221

2017年我国人工智能芯片行业的简要发展历程分析及四类AI芯片特点对比(图)

         CPU 难堪大任,AI 芯片站上舞台 

         CPU 的串行结构适合复杂指令,但难以应对 AI 计算的简单指令下并行算力的要求。CPU通常包括控制器(Control),存储器(Cache、DRAM)和运算器(ALU),因为CPU内部大部分的晶体管用来构建存储器和控制器,其计算能力其实受到了很大制约。另外,无论是PC领域使用的X86架构还是在移动端覆盖率最大的ARM 架构,均是通过串行的方式执行指令,一般过程为从存储器中提取指令,进行解码,并利用运算器执行指令,逻辑遵从顺序结构,适应复杂逻辑。 

 
图:CPU 指令流水执行 

 
图:CPU 结构 

         CPU 类似流水线,而 AI 技术更需要割麦机,前者适合复杂指令,后者适合大量数据并行处理。CPU处理数据的过程类似于工厂的流水线操作,流水线可以对单线程上每个产品做出不同处理,通用性强,适合处理复杂指令,擅长逻辑控制。但是前文提到的神经网络算法则是发出简单指令,而要求快速高效的并行计算能力,需要的数据处理过程更类似与割麦机收割麦子。我们可以想象如果使用流水线收割小麦并处理将会浪费多少的时间,因此使用CPU进行深度学习的效率比较低。此外,CPU主频速度受到功耗的影响提升空间有限,架构设计更新的周期也较长,无论从性能还是匹配度方面都不能满足AI计算的算力要求。在这种环境下,并行计算能力更强、适应于AI计算的AI芯片应运而生。 

         AI 芯片的业态简述和对比 

         用于 AI 计算的芯片按照是否为冯诺依曼架构以及是否为类脑芯片,可以分成多个类别。其中传统的CPU和GPU均属于冯诺依曼架构下的非类脑芯片,而ASIC、 FPGA和部分新一代GPU(如Nvidia的Tesla系列)则属于非冯架构下的非类脑芯片。类脑芯片与非类脑芯片的差异在于其不只是从功能上去模仿大脑而是从神经拟态架构层面去拟合大脑,如IBM的相变神经元架构就包括输入端、神经薄膜、信号发生器与输出端四个层面,与传统芯片设计理念差距较大。 

 
图:AI 芯片的简单分类 

         GPU 因良好的矩阵计算能力和并行计算优势最早被用于 AI 计算,在数据中心中获得大量应用。GPU最早作为深度学习算法的芯片被引入人工智能领域,因其良好的浮点计算能力适用于矩阵计算,且相比CPU具有明显的数据吞吐量和并行计算优势。2011年谷歌大脑率先应用GPU芯片,当时12颗英伟达的GPU可以提供约等于2000颗CPU的深度学习性能,展示了其惊人的运算能力。目前GPU已经成为人工智能领域最普遍最成熟的智能芯片,应用于数据中心加速和部分智能终端领域,在深度学习的训练阶段其性能更是无所匹敌。 

         参考中国报告网发布《2018-2023年中国人工智能芯片市场发展现状与发展机遇分析报告

         FPGA 因其在灵活性和效率上的优势,适用于虚拟化云平台和预测阶段,在 2015 年后异军突起。2015年Intel收购FPGA市场第二大企业Altera,开始了FPGA在人工智能领域的应用热潮。因为FPGA灵活性较好、处理简单指令重复计算比较强,用在云计算架构形成CPU+FPGA的混合异构中相比GPU更加的低功效和高性能,适用于高密度计算,在深度学习的预测阶段有着更高的效率和更低的成本,使得全球科技巨头纷纷布局云端FPGA生态。国外包括亚马逊、微软都推出了基于FPGA的云计算服务,而国内包括腾讯云、阿里云均在2017年推出了基于FPGA 的服务,百度大脑也使用了FPGA芯片。 

 
图:AI 芯片简要发展历程 

         ASIC 芯片因其比 FPGA 芯片具备更低的能耗与更高的计算效率,适用于人工智能平台和智能终端领域的特性,一直是 AI 芯片研发领域的焦点。但是ASIC研发周期较长、商业应用风险较大等不足也使得只有大企业或背靠大企业的团队愿意投入到它的完整开发中。其中最为出名的是Google在2016年开发的张量处理单元,即TPU芯片。在2017年最新版的AlphaGo物理处理器中就有4个TPU,同时TPU也支持着Google的Cloud TPU平台和基于此的机器学习超级计算机。此外,近期由国内企业寒武纪开发的 “DIANNAO”系列芯片受到广泛关注。华为新发的麒麟 970 处理器所搭载的 NPU 就是 2016 年寒武纪发布的 1A 处理器(Cambricon-1A Processor)。 

         类大脑芯片则在架构上直接通过模仿大脑结构进行神经拟态计算,完全开辟了另一条实现人工智能的道路,而不是作为人工神经网络或深度学习的加速器存在。类脑芯片可以将内存、CPU和通信部件完全集成在一起,实现极高的通信效率和极低的能耗。目前该类芯片还只是小规模研究与应用,低能耗的优势也带来预测精度不高等问题,没有高效的学习算法支持使得类脑芯片的进化较慢,还不能真正实现商用。目前这方面的代表是IBM的“True North”芯片。 

         总结来说,基于深度学习的应用过程,AI芯片可以分为适合训练使用(GPU)和适合预测使用(FPGA,ASIC);基于最终应用场景,则可以分为数据中心应用和广义终端应用。目前有的大部分现芯片都用于了深度学习的训练阶段,而随着终端的普及以及模型训练的不断完善,预测部分的计算占比将大幅提升。 

 
图:四类人工智能芯片特点对比 

 
图:现有用于 AI 计算的部分芯片对比
 
资料来源:中国报告网整理,转载请注明出处(ZQ)

更多好文每日分享,欢迎关注公众号

【版权提示】观研报告网倡导尊重与保护知识产权。未经许可,任何人不得复制、转载、或以其他方式使用本网站的内容。如发现本站文章存在版权问题,烦请提供版权疑问、身份证明、版权证明、联系方式等发邮件至kf@chinabaogao.com,我们将及时沟通与处理。

AI 与云计算双赛道打开DPU千亿成长空间 国产厂商突破技术壁垒迎替代窗口期

AI 与云计算双赛道打开DPU千亿成长空间 国产厂商突破技术壁垒迎替代窗口期

数据处理器 DPU 作为算力体系核心互连芯片,由传统网卡迭代而来,分为全功能、AI DPU 两大产品,与 CPU、GPU 协同支撑数据中心运行。当下云计算存量需求稳固,大模型驱动 AI 智算增量爆发,DPU 硬件卸载可破解服务器算力瓶颈,行业市场规模高速扩张。目前国内 DPU 国产化率不足三成,技术、生态、资金多重壁垒

2026年08月08日
渗透率达高位 全球LED照明行业已步入成熟阶段 未来将向集成化、智能化方向演进

渗透率达高位 全球LED照明行业已步入成熟阶段 未来将向集成化、智能化方向演进

行业迈入存量替换主导的成熟阶段,持续性的存量替换需求叠加照明产品智能化、精细化技术迭代带来的升级需求,共同成为支撑行业稳健发展的重要动力,市场规模有望由2025年的1069亿美元增至2030年的1530亿美元。

2026年08月07日
AI光互联的“最后一公里” 我国光模块耦合行业竞争处于三角博弈格局

AI光互联的“最后一公里” 我国光模块耦合行业竞争处于三角博弈格局

与此同时,CPO共封装光学的前瞻布局,更对耦合提出了近乎苛刻的亚微米级片上对准要求。在这一技术代际跃迁的关口,自动化设备商、专业代工厂与光模块龙头三方围绕耦合工艺展开了激烈的价值博弈,全自动产线、数字孪生仿真与测耦一体化设备正在重塑行业的技术底座。

2026年08月06日
多赛道协同发力 我国压力传感器千亿市场可期 市场结构将向MEMS产品倾斜

多赛道协同发力 我国压力传感器千亿市场可期 市场结构将向MEMS产品倾斜

压力传感器广泛应用于工业控制、汽车电子、消费电子、医疗器械等领域。在下游多赛道协同拉动下,我国压力传感器市场规模持续扩容,由2021年的542.5亿元增至2025年的815.2亿元,2027年有望突破千亿规模。未来行业市场结构将持续向高精度、高成长性的MEMS压力传感器倾斜,市场规模占比稳步提升。

2026年08月06日
硅电容行业空间将达百亿元 DTC规模商业化下MOS为主流 国内量产导入、加速卡位VIC赛道

硅电容行业空间将达百亿元 DTC规模商业化下MOS为主流 国内量产导入、加速卡位VIC赛道

目前硅电容已广泛应用于光模块的电源滤波、信号耦合和高频旁路等关键电路。随着高速光模块出货量持续放量,硅电容市场需求同步攀升。据预测,2025年全球800G及以上光收发模块出货量将达2400万组,预计2026年将增长至近6300万组,增幅高达1.6倍,为硅电容市场带来明确的持续扩容机遇。

2026年08月05日
三大核心应用场景拉动需求 我国分析检测仪器行业高端化、智能化发展趋势明确

三大核心应用场景拉动需求 我国分析检测仪器行业高端化、智能化发展趋势明确

当前分析检测仪器行业技术壁垒较高,且国内市场中低端产品已实现国产主导,但高端产品仍依赖进口,存在明显结构性短板。同时,行业集中度偏低,在监管趋严与下游产业升级的双重驱动下,行业集中度有望不断提升。展望未来,高端化、智能化、数字化将成为行业重要发展方向。

2026年08月05日
全球AI服务器电源控制芯片行业迈入量价齐升黄金期 国产厂商加速突围

全球AI服务器电源控制芯片行业迈入量价齐升黄金期 国产厂商加速突围

大模型产业爆发带动智能算力规模指数级增长,高功耗 GPU 集群对服务器供电系统提出严苛要求,AI 服务器电源控制芯片作为算力设备供电核心,直接决定整机稳定性与算力释放能力,行业迎来量价齐升发展窗口。

2026年08月03日
蓝牙音频SoC芯片行业前景:智能家居、穿戴设备带来新机遇 竞争格局迎结构性重构

蓝牙音频SoC芯片行业前景:智能家居、穿戴设备带来新机遇 竞争格局迎结构性重构

蓝牙音频SoC芯片,集成射频基带、蓝牙协议栈、音频 DSP、电源管理、功放,实现无线音频收发、降噪、语音交互,是 TWS 耳机、蓝牙音箱、车载音频、穿戴音频设备的核心主控。2025年全球蓝牙音频SoC芯片市场规模约218亿元,2025–2033年 CAGR约8.95%。

2026年08月03日
微信客服
微信客服二维码
微信扫码咨询客服
QQ客服
电话客服

咨询热线

400-007-6266
010-86223221
返回顶部