继11月亚马逊(AMZN.US【US是United States of America即美利坚共和国的简称，也可以是美国的山姆大叔，还含有我们的意思。】)将 Alexa【Alexa Internet公司是亚马逊公司的一家子公司，总部位于加利福尼亚州旧金山。】 语音助手的部分计算任务转移到自主设计的定制设计芯片Inferentia 后，近日，其再次宣布推出了全新的AI训练芯片AWS Trainium，据消息称，这是该公司用于训练机器学习【机器学习(Machine Learning, ML)是一门多领域交叉学科，涉及概率论、统计学、逼近论、凸分析、算法复杂度理论等多门学科。】模型的下一代定制芯片。

　　这意味着亚马逊将减少对英伟达【NVIDIA（全称为NVIDIA Corporation，NASDAQ：NVDA，官方中文名称英伟达），创立于1993年1月，是一家以设计智核芯片组为主的无晶圆（Fabless）IC半导体公司。】(NVDA.US)芯片的依赖。

　　称霸AI芯片领域

　　近年来，AI热度不断攀升，AI相关应用也在急剧增长，这引发了市场对超大型数据中心的强劲需求。另一方面，AI处理任务的持续增长，又会倒逼服务器的配置要得到持续的升级。为了满足深度学习训练任务，硬件的复杂程度不断提升，处理器性能也被提出了更高的要求。

　　目前在AI领域主要有GPU【图形处理器（英语：Graphics Processing Unit，缩写：GPU），又称显示核心、视觉处理器、显示芯片，是一种专门在个人电脑、工作站、游戏机和一些移动设备（如平板电脑、智能手机等）上图】、FPGA【FPGA（Field－Programmable Gate Array），即现场可编程门阵列，它是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。】 和ASIC三种技术路线。其中GPU在AI训练方面已经发展到较为成熟的阶段。而在GPU芯片领域，英伟达是龙头老大。如今，全球估计有3000家AI创业公司，其中一半以上都是在英伟达的平台上构建的。

　　回看英伟达的发展史，其成立于1993年，这一年，全球有超过二十家的图形芯片公司，到1997年，这个数字猛增至70家。

　　1999年，英伟达发明了GPU，为了让GPU从软硬件都走向通用，其又在2006年推出了Tesla【　　Tesla乐队 　　国籍: 美国 　　风格;Hair Metal / Hard Rock / Heavy Metal 　　乐队成立于1985年，这支来自美国 加州首府萨克拉蒙托的五人乐队——主唱 】架构，一改之前使用矢量计算单元做渲染的做法，而是把一个矢量计算单元拆成了多个标量计算渲染单元。这就使得基于这个架构的GPU除了渲染能力强以外，还适合做通用计算。

　　也就是在这一年，英伟达推出了CUDA。按照他们的说法，这是一种用于通用GPU计算的革命性架构。CUDA将使科学家和研究人员能够利用GPU的并行处理能力来应对其最复杂的计算挑战。

　　正是得益于这两个方向的布局，英伟达在AI时代如鱼得水。自2016年起，英伟达数据中心业务开始爆发式增长。同比增长率【同比增长率，一般是指和去年同期相比较的增长率。】连续七个季度(2QFY17-4QFY18)超100%。

英伟达数据中心业务单季收入及同比增长率资料来源：英伟达公司官网

　　与此同时，英伟达GPU在全球主要云厂商中也获得了极大的认可。根据Liftr调查显示，在阿里云、AWS、微软Azure以及Google Clound中，Tesla系列GPU的市场占有率比AMD、赛灵思【赛灵思（英语：Xilinx(/ˈzaɪlɪŋks/ZY-lingks)）是一家位于美国的可编程逻辑器件的生产商。】以及以英特尔大幅领先。充分说明英伟达Tesla系列GPU在通用计算市场的强大竞争力。

　　逃离英伟达

　　当然，英伟达的AI芯片王座也不是那么好坐的。

　　诚如前文所言，一些厂商已经开始自研芯片，除了亚马逊之外，谷歌早在几年前就推出了自称性能可达同等级GPU产品15~30倍的AI专有芯片TPU；华为在去年8月推出“算力最强”的AI(人工智能)处理器Ascend【v.(动词)vt. & vi. 上升,攀登 climb; go, come, or move from a lower to a higher level...】 910(昇腾910)等。

　　不过他们自研的大多是推理芯片，意图在专用性能上打败英伟达GPU，以摆脱英伟达在训练芯片的垄断。

　　资料显示，由于神经网络模型【模拟人类实际神经网络的数学方法问世以来，人们已慢慢习惯了把这种人工神经网络直接称为神经网络。】在训练阶段需要处理大量数据，同时也要完成不同的学习任务，因此目前通用属性的GPU具备的大量平行运算单元，能够充分满足“训练”对运算的效率与通用性要求。但进入执行阶段，也就是“推理阶段”，一个算法模型可以根据一堆量级不大的新数据得出结论。

　　这时候采用GPU就显得有些“大材小用”。这就是这些厂商为何研发定制推理芯片重要原因之一，对于大量推理工作，通用性或许不足，但专用肯定绰绰有余。

　　不仅如此，这些厂商的自研芯片在它所擅长的任务上，可能具备在效能与算力上大幅领先 GPU 的能力。对比发现，谷歌TPU和特斯拉FSD【满刻度偏转（FSD）：采用最大量程“试触法”选择合适的量程。】都能轻易做到相较GPU，性能和效率都高出一截的表现，即便这是以牺牲可编程性为代价。

　　当然，也有一些业界人士对这些自研芯片存有疑虑。因为他们认为，无论是自己做，还是部署其他公司的商用芯片，难度其实不相上下。

　　但不管怎么说，这些自研芯片的厂商确实对英伟达造成了一定的威胁，并且声势愈发浩大。

　　挑战英伟达

　　与此同时，国外还存在Graphcore【产品服务Graphcore，英国人工智能芯片硬件设计初创公司。】、Intel【英特尔（英语：IntelCorporation，NASDAQ：INTC、港交所：4335）是全球最大的芯片制造商，同时也是计算机、网络和通信产品的领先制造商。】和AMD这些厂商，他们则希望从通用角度去挑战英伟达。

　　首先是Graphcore，其创始人兼CEO Nigel Toon曾在一次访谈中指出：“如果只是要做基本的前馈卷积神经网路(feed-forward convolutional neural networks)，GPU是很不错的解决方案，但随着网路变得越来越复杂，人们需要全新的解决方案──这也是为何他们要用ASIC和FPGA。我们接触过的所有创新者都说，GPU正在阻碍他们创新。如果仔细看他们正在研究的模型类型，你会发现主要是卷积神经网络(CNN)，而递归神经网络(RNN)和其他类型结构，比如强化学习，并不能很好地映射到GPU。他们需要足够好的硬件平台，这是我们将IPU推向市场的原因。”

　　按照Graphcore给出的解释，其IPU芯片可以进行推论或训练，从架构的角度来看，这非常重要，因为随着机器学习演进，系统将能够从经验中学习。推论性能表现的关键包括低延迟、能使用小模型、小批次(small batches)，以及可能会尝试导入稀疏性(sparsity)的训练模型；IPU可以有效地完成所有这些事情。

　　与市面上领先的GPU方案相比，如果是执行用以分类静态影像的前馈卷积神经网路，GPU的表现已经相当好，但IPU可以提供两到三倍的性能优势、有时甚至是五倍。对于更复杂的模型，例如有资料来回传递以尝试理解情境(例如对话)的模型；由于资料被传递多次，需要非常快。对于这样的应用，因为所有的模型都保存在处理器中，IPU可以比GPU快很多，甚至可能快十倍、二十倍或者五十倍。

　　所以在Graphcore眼中，IPU是自CPU、GPU之后的第三大类主流处理器。“通用”在这个路径中是个必选项，而毫无犹豫的必要。

　　同时，英伟达还面临着老对手--AMD以及英特尔的挑衅。

　　早在英伟达进军GPGPU的前后，AMD也有与之对应的计划，AMD选择推行“OpenCL”，这导致即使他们在2017年发布了ROCm平台来提供深度学习支持，但也改变不了他们GPU在AI时代几无所获的结局。

　　于是，今年三月份，AMD又推出了新的CDNA架构。基于这个架构，AMD在本月中发布了新一代的Instinct MI100计算卡。数据显示，新的架构可提供高达11.5 TFLOPS的FP64峰值吞吐量，这使其成为第一个在FP64中突破10 TFLOPS的GPU。与上一代MI50相比，新加速卡的性能提高了3倍。它还在FP32工作负载中拥有23.1 TFLOPS的峰值吞吐量。数据显示，AMD的新加速卡在这两个类别中都击败了Nvidia的A100 GPU。

　　为了更好地与英伟达竞争，AMD还表示，其开源ROCm 4.0开发人员软件现在具有开源编译器，并统一支持OpenMP 5.0，HIP，PyTorch和Tensorflow。

　　AMD在GPU领域花的心思并不少，今年10月份，AMD还宣布将以350亿美元价位收购赛灵思，合并后的公司将拥有AMD CPU + AMD GPU + Xilinx FPGA + Xilinx SmartNIC。当然除了硬件外，AMD的Radeon Open Compute (ROCm)混合CPU-GPU开发环境，再加上赛灵思Vitis，足以对抗英伟达颇受欢迎的CUDA开发平台，以及英特尔力推的oneAPI。

　　英特尔同样是AI芯片领域的活跃者，据介绍，英特尔的Xe架构GPU将覆盖从集成显卡到高性能计算的所有范围。其中代号为Ponte Vecchio的独立GPU则是公司面对HPC建模和仿真以及AI训练而推出的设计。Ponte Vecchio将采用英特尔的7纳米技术制造，并将成为英特尔首款针对HPC和AI工作负载进行了优化的基于Xe的GPU。但直到目前为止，尚未看到Intel的这款新品。

　　近日，IFTD2020上，Intel还发布了首款用于5G、人工智能、云端与边缘的eASIC N5X(结构化ASIC)，同时发布了最新的Intel开放式FPGA堆栈(Intel OFS)，这款产品继承了Agilex FPGA的硬核处理器系统、安全特性，支持Agilex FPGA用于管理启动、身份验证和防篡改特性的安全设备管理器，采用了Diamond Mesa SoC技术。

　　此外，为了更好地在包括AI在内的应用市场中发挥其包括CPU、GPU、FPGA和AISC在内的芯片的为例，方便开发者编程，Intel还推出了拥有远达理想的OneAPI。整个行业内，英特尔是目前在异构计算上拥有最全产品线的， 在硬件上拥有CPU、独立GPU、FPGA、eASIC、ASIC、VPU、内存和存储等，在软件上拥有统一开发平台oneAPI。

　　因此，在未来的AI芯片市场上，我们很难去辨别到底谁会笑到最后，但很明显的是，这些厂商将在各自的领域发力，逼迫英伟达吐出吞下的巨大市场。

　　总结

　　总的来说，无论是专用还是通用方面，英伟达都面临着来自各个厂商的压力。尤其是对于云厂商而言，在巨大利润漩涡下，谁也不能逃脱，自研芯片成为了必然选择。

　　当然，就目前的AI芯片市场而言，英伟达仍然可以在一段时间内把控大部分份额，毕竟包括英特尔在内，大多数声势响亮的AI芯片公司才刚刚出货，或正在努力出货的路上(有些还没等到出货就夭折了)，这给了英伟达升级产品充裕的时间。

　　更重要的是，对于GPU而言，软件和开发者生态才是硬道理。只有做好了这个，才是GPU能够商用的前提。

　　逃离英伟达成为常态，超越英伟达却并不容易。

（文章来源：智通财经网）

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