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。

MLCC行业超级景气上行 高端缺口扩大+国产竞争力增强 国内出口有望进一步放量

MLCC行业超级景气上行 高端缺口扩大+国产竞争力增强 国内出口有望进一步放量

近年来,随着消费品需求回暖、AI技术持续突破带动服务器需求爆发式增长,叠加新能源汽车渗透率持续提升,MLCC需求大幅增长,市场规模稳步扩张。根据数据,2025年我国MLCC市场规模约为549.2亿元,同比增长约3.9%。

2026年06月23日
全球CMOS图像传感器市场提速扩容 医疗、工业打开成长新空间 本土替代持续深化

全球CMOS图像传感器市场提速扩容 医疗、工业打开成长新空间 本土替代持续深化

当前消费级市场稳居基本盘,工业、医疗等高端细分赛道凭借高需求、高壁垒实现高速增长,成为行业核心增量。同时,国内企业技术实力不断提升,差异化优势持续凸显,国产替代持续深化,推动我国CMOS图像传感器产业加速跻身全球第一梯队。

2026年06月23日
成人补种需求增多下 高剂量、多联苗将打开乙肝疫苗行业增量空间 寡头垄断格局稳固

成人补种需求增多下 高剂量、多联苗将打开乙肝疫苗行业增量空间 寡头垄断格局稳固

重组 CHO 细胞乙肝疫苗免疫原性更强、抗体滴度更高、保护周期更长,适配早产儿、免疫缺陷、酵母过敏人群;重组酵母乙肝疫苗量产规模大、起效快,普通人群阳转率高,为国家免疫规划一类苗核心供给,随着成人补种需求高速增长,重组酵母乙肝疫苗市场占比高达76.5%,主导地位凸显。

2026年06月22日
三极管行业现状分析:传统器件价值重塑 车规与第三代半导体打开新空间

三极管行业现状分析:传统器件价值重塑 车规与第三代半导体打开新空间

在新能源革命、国产替代纵深推进和技术创新三大引擎驱动下,车规级认证正从“加分项”变为“入场券”,SiC和GaN等第三代半导体未来三年有望实现年均30%以上的复合增长。2024年全球三极管市场规模达10.83亿美元,中国市场以5.53亿美元占据全球半壁江山,行业正从“拼价格”向“拼品质、拼能效”的结构性升级迈进。

2026年06月22日
成熟市场深耕+新兴市场突围  全球5G CPE行业区域版图重塑

成熟市场深耕+新兴市场突围 全球5G CPE行业区域版图重塑

全球5G商用持续深化,5G网络规模化部署与FWA业务普及,持续拉动5G CPE市场需求增长。当前全球5G CPE市场区域特征显著,亚太地区凭借完善基建稳居主导地位,中东、非洲等新兴区域则具备广阔增量空间。行业竞争格局分层清晰、头部优势突出,中兴、华为、诺基亚等国际厂商领跑全球,各类企业依托技术、市场与渠道形成差异化竞争

2026年06月22日
算力需求爆发、高端产能刚性约束 我国高频高速覆铜板迎涨价周期与国产替代窗口期

算力需求爆发、高端产能刚性约束 我国高频高速覆铜板迎涨价周期与国产替代窗口期

高频高速覆铜板是适配AI服务器、5G通信、智能车载雷达等高端场景的核心PCB基材,具备超低介电、低损耗等优异性能。当前,AI算力普及、5G深度覆盖、高阶自动驾驶落地,持续拉动行业需求爆发。但当前高频高速覆铜板存在产能建设、客户认证周期长等问题,供需错配凸显,推动产品价格持续上行。

2026年06月18日
AI算力+高速光模块双轮驱动 全球电子锡焊料行业迎来量价齐升 国产企业正加速追赶

AI算力+高速光模块双轮驱动 全球电子锡焊料行业迎来量价齐升 国产企业正加速追赶

受益于全球AI算力基础设施高速建设、光模块技术快速迭代升级,全球电子锡焊料市场正呈现出“量价齐升”发展特征,预计到2030年市场规模将达到108.88亿美元。其中,中国是全球锡焊料核心消费市场,2023年市场占比约61%,主导全球产业发展。

2026年06月18日
三大引擎合力拉动需求 我国MOSFET行业市场规模不断扩大

三大引擎合力拉动需求 我国MOSFET行业市场规模不断扩大

当前,MOSFET行业正站在“硅基器件优化存量”与“碳化硅器件开拓增量”的双重战略节点上,产品形态从分立芯片向模块化方案演进,竞争焦点从参数比拼向车规认证与生态协同升级。

2026年06月17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