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《自然》23日發(fā)表的研究報(bào)道了一種能效為傳統(tǒng)數(shù)字計(jì)算機(jī)芯片14倍的人工智能（AI）模擬芯片。這一由IBM研究實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)的芯片在語(yǔ)音識(shí)別上的效率超過(guò)了通用處理器。該技術(shù)或能突破當(dāng)前AI開(kāi)發(fā)中因算力性能不足和效率不高而遇到的瓶頸。隨著AI技術(shù)的崛起，對(duì)能源和資源的需求也隨之上升。在語(yǔ)音識(shí)別領(lǐng)域，軟件升級(jí)極大提升了自動(dòng)轉(zhuǎn)寫(xiě)的準(zhǔn)確率，但由于在存儲(chǔ)器與處理器之間移動(dòng)的運(yùn)算量不斷增加，硬件無(wú)法跟上訓(xùn)練和運(yùn)行這些模型所需的數(shù)以百萬(wàn)計(jì)的參數(shù)。研究人員提出的一個(gè)解決辦法是，使用“存內(nèi)計(jì)算”（CiM，或稱模擬AI）芯片。模擬AI系統(tǒng)通過(guò)直接在它自己的存儲(chǔ)器內(nèi)執(zhí)行運(yùn)算來(lái)防止低效，而數(shù)字處理器需要額外時(shí)間和能源在存儲(chǔ)器和處理器之間移動(dòng)數(shù)據(jù)。模擬AI芯片預(yù)計(jì)能極大提升AI計(jì)算的能效，但對(duì)此的實(shí)際演示一直缺乏。研究團(tuán)隊(duì)此次開(kāi)發(fā)了一個(gè)14納米的模擬芯片，在34個(gè)模塊（tile）中含有3500萬(wàn)個(gè)相變化內(nèi)存單元。研究團(tuán)隊(duì)用兩個(gè)語(yǔ)音識(shí)別軟件在語(yǔ)言處理能力上測(cè)試了該芯片的效率，這兩個(gè)軟件分別是一個(gè)小網(wǎng)絡(luò)（谷歌語(yǔ)音命令）和一個(gè)大網(wǎng)絡(luò)（Librispeech語(yǔ)音識(shí)別），并在自然語(yǔ)言處理任務(wù)上與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)比。小網(wǎng)絡(luò)的性能和準(zhǔn)確率與當(dāng)前的數(shù)字技術(shù)相當(dāng)。對(duì)于更大的Librispeech模型來(lái)說(shuō)，該芯片能達(dá)到每秒每瓦12.4萬(wàn)億次運(yùn)算，系統(tǒng)性能估計(jì)最高能達(dá)到傳統(tǒng)通用處理器的14倍。

研究團(tuán)隊(duì)總結(jié)道，該研究在小模型和大模型中同時(shí)驗(yàn)證了模擬AI技術(shù)的性能和效率，有望成為數(shù)字系統(tǒng)的商業(yè)可行的替代選擇。

邊緣AI市場(chǎng)新方向近年來(lái)，人工智能持續(xù)向深層發(fā)展，越來(lái)越多細(xì)分市場(chǎng)與相應(yīng)的產(chǎn)品被開(kāi)發(fā)出來(lái)。邊緣人工智能作為云計(jì)算與物聯(lián)網(wǎng)相結(jié)合的細(xì)分領(lǐng)域開(kāi)始受到重視。根據(jù)ADI高級(jí)應(yīng)用工程師辛毅的介紹，邊緣人工智能是指在邊緣設(shè)備上實(shí)現(xiàn)的AI運(yùn)算。以往大多數(shù)尖端的人工智能流程都是在云中執(zhí)行的，因?yàn)樗鼈冃枰罅康挠?jì)算能力。但隨著數(shù)據(jù)的增長(zhǎng)速度對(duì)本地?cái)?shù)據(jù)計(jì)算和本地?cái)?shù)據(jù)存儲(chǔ)的需求變得更加迫切，大量數(shù)據(jù)操作逐漸轉(zhuǎn)向本地，這為在邊緣廣泛采用人工智能提供了理由。相對(duì)于數(shù)字芯片公司聚焦云端AI處理，模擬芯片廠商多將關(guān)注的重點(diǎn)放到邊緣側(cè)。邊緣AI也就成為模擬芯片廠商布局的重點(diǎn)。ADI中國(guó)區(qū)總裁Jerry Fan此前在接受記者采訪時(shí)指出，人工智能的一個(gè)很重要的前提是數(shù)據(jù)。算力、算法軟件和大數(shù)據(jù)是人工智能發(fā)展的三要素，大數(shù)據(jù)是基礎(chǔ)，所有的算法和算力都是以數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的。需要指出的是，數(shù)據(jù)的采集與實(shí)時(shí)處理與模擬技術(shù)息息相關(guān)。從產(chǎn)品布局來(lái)看，ADI在新一代微控制器MAX78000設(shè)計(jì)特殊架構(gòu)，采用兩個(gè)微控制器內(nèi)核（ARM Cortex M4F和RISC-V）加一個(gè)卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（CNN）加速器構(gòu)成。這一架構(gòu)針對(duì)邊緣進(jìn)行了高度優(yōu)化，數(shù)據(jù)的加載和啟動(dòng)由微控制器內(nèi)核負(fù)責(zé)，而AI推理由卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)加速器專門負(fù)責(zé)。這樣借助在芯片內(nèi)部集成的卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)加速器就可以完成AI推理，不需要再通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)上傳，降低功耗，非常適合邊緣AI的應(yīng)用。德州儀器對(duì)邊緣人工智能也十分重視。2022年，德州儀器與英國(guó)初創(chuàng)公司Plumerai在嵌入式AI領(lǐng)域展開(kāi)合作，雙方共同對(duì)人員檢測(cè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法移植到微控制器和傳感器中進(jìn)行開(kāi)發(fā)。恩智浦則在汽車智能化的“云-網(wǎng)-邊-端”融合計(jì)算方面進(jìn)行努力，其新推出的由AI驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)汽車云連接電池管理系統(tǒng)可連接云端，形成電池管理的數(shù)字孿生模型。恩智浦半導(dǎo)體電池管理系統(tǒng)總監(jiān)兼部門經(jīng)理Andreas Schlapka表示，“云-網(wǎng)-邊-端”融合計(jì)算將是汽車智能化與自動(dòng)駕駛技術(shù)發(fā)展時(shí)的主要方向。

國(guó)產(chǎn)自給率仍較低在全球電動(dòng)化、智能化加速的新形勢(shì)下，汽車半導(dǎo)體市場(chǎng)需求保持穩(wěn)步上升，其中，模擬芯片是不可或缺的重要部分。市場(chǎng)數(shù)據(jù)顯示，2020年，全球單車模擬芯片價(jià)值量約150美元，到2027年，模擬芯片價(jià)值量將達(dá)到300多美元/車，年復(fù)合增長(zhǎng)率（CAGR）超過(guò)10%。模擬芯片廣泛應(yīng)用于幾乎所有汽車電子系統(tǒng)，傳統(tǒng)汽車時(shí)代，動(dòng)力總成、底盤(pán)和安全、車載娛樂(lè)、儀表盤(pán)、車身電子及LED電源管理等領(lǐng)域都有其身影；而隨著電動(dòng)化、智能化的滲透，大小三電系統(tǒng)、熱管理、智能座艙、自動(dòng)駕駛等系統(tǒng)成為了模擬芯片進(jìn)一步快速增長(zhǎng)的應(yīng)用領(lǐng)域。近年來(lái)，隨著政策和下游廠商對(duì)芯片國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程支持力度的加大，本土模擬芯片企業(yè)發(fā)展已經(jīng)取得了一定進(jìn)展，部分國(guó)內(nèi)高端模擬芯片空白得以填補(bǔ)。以納芯微為例，其2022年前三季度公告顯示，公司汽車業(yè)務(wù)占到總營(yíng)收20%以上。不過(guò)，由于模擬芯片技術(shù)門檻高，產(chǎn)品生命周期長(zhǎng)，對(duì)穩(wěn)定性和成本要求高，需要長(zhǎng)期投入和人才培養(yǎng)，目前國(guó)產(chǎn)自給率仍然較低。在接受媒體采訪時(shí)王升楊表示：“中國(guó)的芯片公司更加貼近汽車產(chǎn)業(yè)最為繁榮的中國(guó)市場(chǎng)，可以更快、更充分地理解市場(chǎng)需求。針對(duì)汽車電動(dòng)化、智能化發(fā)展趨勢(shì)，納芯微正在與車廠、Tier 1客戶共同定義和開(kāi)發(fā)下一代具有競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)品，進(jìn)而引領(lǐng)未來(lái)的汽車應(yīng)用?！蹦M芯片下游需求趨勢(shì)長(zhǎng)期向好，國(guó)產(chǎn)替代空間廣闊1、通信領(lǐng)域是模擬芯片最重要的下游市場(chǎng)通信領(lǐng)域是模擬芯片市場(chǎng)增長(zhǎng)的主要?jiǎng)恿?，目前市?chǎng)占比已達(dá)38.5%，通訊電子市場(chǎng)對(duì)模擬芯片的應(yīng)用主要為通訊基站、交換機(jī)、路由器等。隨著信息化時(shí)代來(lái)臨，5G通信行業(yè)景氣度不斷提升。從信號(hào)鏈模擬芯片市場(chǎng)來(lái)看，其中轉(zhuǎn)換器產(chǎn)品 ADC 和 DAC 芯片在 5G 通信中尤為重要，主要用于對(duì)大帶寬和高動(dòng)態(tài)范圍的模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換，同時(shí)為 5G 基站的能耗監(jiān)控與調(diào)節(jié)提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，因此 5G 建設(shè)將為信號(hào)鏈模擬芯片帶來(lái)機(jī)會(huì)；從電源管理芯片市場(chǎng)來(lái)看，5G 基站需要更多的天線、更多的射頻組件、更高頻率的無(wú)線電等，將對(duì)電源管理芯片提出更高的要求。未來(lái)，隨著5G商用發(fā)展駛?cè)肟燔嚨溃?G基站覆蓋廣度深度持續(xù)拓展，將帶動(dòng)模擬芯片需求增加。據(jù)最新統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，我國(guó)已累計(jì)建成5G基站超過(guò)293萬(wàn)個(gè)，2024 年我國(guó) 5G 基站建設(shè)量預(yù)計(jì)將達(dá)到 309 萬(wàn)個(gè)，將為 ADC 帶來(lái)至少 8.8 億美元的增量市場(chǎng)。與此同時(shí)，5G 廣泛應(yīng)用也將推動(dòng)通信領(lǐng)域模擬芯片迭代升級(jí)，包括：1）更高的帶寬需求：5G網(wǎng)絡(luò)將帶來(lái)更高的數(shù)據(jù)傳輸速率和帶寬需求，這將要求通信領(lǐng)域的模擬芯片能夠更快速地處理和傳輸大量的數(shù)據(jù)；2）更復(fù)雜的射頻設(shè)計(jì)： 5G通信需要更多的頻段和更復(fù)雜的射頻設(shè)計(jì)，這將促使模擬芯片在頻率范圍、干擾抑制、信號(hào)調(diào)制等方面進(jìn)行升級(jí)和優(yōu)化；3）低功耗設(shè)計(jì)：盡管5G提供了更高的速率，但通信設(shè)備仍需要保持低功耗以延長(zhǎng)電池壽命。模擬芯片需要在保持性能的同時(shí)，優(yōu)化功耗，以適應(yīng)新的能源需求；4）更復(fù)雜的信號(hào)處理： 5G通信需要更復(fù)雜的信號(hào)處理算法和技術(shù)，模擬芯片需要具備更強(qiáng)的信號(hào)處理能力，以滿足更高的信號(hào)處理要求；5）天線技術(shù)創(chuàng)新：5G通信對(duì)天線技術(shù)有更高的要求，通信模擬芯片需要支持多天線技術(shù)、波束賦形等創(chuàng)新功能，以提高通信效率；6）網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)變化：5G引入了虛擬化和網(wǎng)絡(luò)切片等新的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，這將對(duì)通信領(lǐng)域的模擬芯片提出新的要求，以支持更靈活的網(wǎng)絡(luò)配置和管理。

2、汽車領(lǐng)域是模擬芯片下游景氣度最好的領(lǐng)域在汽車電動(dòng)化、智能化加速的新形勢(shì)下，以及海外龍頭最新的業(yè)績(jī)和景氣度指引，汽車領(lǐng)域是目前模擬芯片下游應(yīng)用領(lǐng)域中最為景氣的賽道，目前市場(chǎng)占比為24%。另外，從下游產(chǎn)品的平均單機(jī)價(jià)值量來(lái)看，也數(shù)汽車最高。根據(jù)IC Insights數(shù)據(jù)，預(yù)計(jì)2022年全球車載模擬芯片市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到137.75億美元，同比增長(zhǎng)17%，將成為模擬芯片所有下游應(yīng)用領(lǐng)域中增速最快的方向。在傳統(tǒng)燃油車的時(shí)代，模擬芯片主要應(yīng)用在動(dòng)力總成、底盤(pán)和安全、車載娛樂(lè)、儀表盤(pán)、車身電子及電源管理等領(lǐng)域，隨著電動(dòng)化、智能化的滲透，大小三電系統(tǒng)、熱管理、智能座艙、自動(dòng)駕駛等系統(tǒng)成為了模擬芯片進(jìn)一步快速增長(zhǎng)的應(yīng)用領(lǐng)域。在A到E的各個(gè)級(jí)別汽車中，A級(jí)燃油車模擬芯片用量約100顆，而A級(jí)純電動(dòng)車需求量高達(dá)350顆以上；在B級(jí)車中，模擬芯片單車用量從燃油車的160顆提升至純電動(dòng)車的近400顆而純電動(dòng)E級(jí)車用量超過(guò)650顆。汽車模擬芯片市場(chǎng)進(jìn)入門檻較高，因涉及到駕乘安全，車規(guī)級(jí)芯片要求高可靠、高安全與零失效率等，且具有較長(zhǎng)的產(chǎn)品生命周期，一旦進(jìn)入供應(yīng)鏈都是超十年的供貨。當(dāng)前國(guó)內(nèi)公司與海外龍頭在車規(guī)模擬芯片領(lǐng)域的市場(chǎng)份額和技術(shù)差距較大。2020-2022年國(guó)內(nèi)新能源車快速增長(zhǎng)的市場(chǎng)紅利國(guó)內(nèi)廠商受限于車規(guī)產(chǎn)品認(rèn)證進(jìn)度并未享受到。國(guó)內(nèi)各模擬芯片公司開(kāi)始在車規(guī)模擬芯片發(fā)力，尤其是隔離驅(qū)動(dòng)、電源鏈(LDO、LED驅(qū)動(dòng)、馬達(dá)驅(qū)動(dòng))、磁傳感器等領(lǐng)域，大部分產(chǎn)品23年將通過(guò)車規(guī)認(rèn)證，看好后續(xù)國(guó)產(chǎn)替代機(jī)遇。

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