超低功耗、存算一体的“中国芯”亮相双创周

时间:2019-06-15 10:41:39       来源:新京报

信息时代,芯片成为科技创新的焦点。今年双创周的北京会场上,多款拥有自主知识产权的芯片集中亮相,吸引了众多目光。

这些芯片很多是产学研结合的成果,例如已经很有名气的龙芯,是中科院计算所2001年开始研发的,如今已经累积了十几年的基础。2010年,中科院和北京市政府共同出资,成立公司,将龙芯处理器的研发成果产业化。

其他芯片大多与高院和科研院所紧密联系。例如设计出可重构芯片的清微智能团队,脱胎于清华大学微电子所;现场展示的存算一体芯片,则获得了北京航空航天大学的支持。

记者发现,多款芯片已经用到了40纳米以下的工艺制程。例如龙芯3号系列处理器的最新升级产品,制造工艺是28nm,四核64位,主频已经突破1.5GHz。

这些芯片的设计、封装测试、生产加工全都在国内完成。“整个设计都是我们自主完成的,联系了专门的封装厂进行封装,国内有很多封装厂已经很成熟。”清微智能首席技术官欧阳鹏告诉记者。

知存科技现场负责人易金刚介绍,自家公司存算一体芯片的原型验证、设计、流片加工等工序,也都在国内完成。“国内现在有足够的人力和资源做这些工作,公司已经申请了40多项最核心的专利。”

可重构芯片

超低功耗下实现人脸识别

清微智能的展台上立着一块屏幕,只要观众走上前,脸部就立刻被识别。

欧阳鹏告诉记者,这个图像芯片是公司研发的可重构芯片之一,可运用在一些图像智能领域,比如门锁、智能摄像头、人脸支付等产品。

芯片的特点是超低功耗。

“目前大部分电子门锁都是电池供电,低功耗芯片非常有优势。 而且这块芯片搭载了AI引擎和3D引擎,就是人工智能的一个计算引擎,再加上一个能实时进行3D信息提取的引擎, 使得芯片在发挥人工智能功效时更安全,这个产品会在9月量产。”欧阳鹏说。

除了低功耗,清微智能研发的芯片另一个主要特点是可重构,这是公司的核心技术。

欧阳鹏解释,所谓可重构,就是没有把整个电路做“死”。 例如,人脸检测和语音识别是两个应用、两个算法,对应的是两个不同的电路,“这两个不同的电路,我们只用一颗芯片,切换一下,就能从一个电路变成另外一个电路。”

“实现这一技术有很多难点,比如如何让电路切换更加高效,这方面用了很长时间才实现相对稳定。”欧阳鹏说。

存算一体芯片

打造不需要云端网络的智能AI

如今,电脑、手机已经进入千家万户。消费者选购电脑或者手机时,有两个指标绕不过去,就是电脑的CPU和硬盘容量,在手机上一般称为运行内存和机身容量。

这两个指标分别对应运算能力和储存容量,但很少有人想过,这两项功能为何要分开运行。此次双创周的北京会场上,有一款芯片实现了合二为一。

“我们是唯一一家能在国内应用这套技术的公司。”易金刚解释,“储存和运算分开,数据进行交互时就会产生大量的数据吞吐。举例来说,进行音频信号或视频信号处理时,要把图像从存储单元取出,然后进行各种各样的运算,再把结果返回去,这一过程中数据的一进一出,就是数据吞吐。随着我们对视频和语音等应用的需求越来越大,数据吞吐率成为技术发展的瓶颈,把计算和存储尽可能融合在一起,是一个解决方案。”

这款芯片的应用瞄准了可穿戴式产品、门控智能锁等终端,可以不依靠云端就打造一个智能AI。

“目前AI有几大主流分支,其中最重要的就是神经网络计算,通过不断迭代和推理过程来完成AI计算,很多大公司在做,但是需要借助云端服务。我们这个产品把云端放到端点这边来解决,把神经网络学习和计算中最复杂、最耗代价的部分通过存算一体芯片来完成。”易金刚说。

以智能耳机为例,芯片经过训练后,能学习音量增大、音量减小、上一首、下一首、开机、关机等关键词,因为采用神经网络计算模式,匹配度极高。“未来U盘能实现加密功能,使用前,说一下设定的密码,或者说‘今天天气不错’,U盘就能解密。”易金刚说。

光子芯片

让光提供运算力 已经小批量试点应用

去年10月的双创周上,清华、北大、北交大等高校博士生创业研发的光子人工智能芯片惹人关注。团队负责人白冰告诉记者,他们正在赶制第一批光计算产品订单,没有赶上今年的双创周。

让光提供算力,可能超出普通人的理解。白冰解释,电子芯片在计算速度和功耗方面会有瓶颈,光子人工智能芯片则是依托硅基光子集成技术,在内部用光完成矩阵运算与数据交换。这一计算过程与人工智能算法高度匹配,计算速度比普通电子芯片快。

光子芯片的另一大优势是低功耗。白冰解释,相较于传统电子计算芯片(FPGA等),用硅光技术完成人工智能计算的主要任务(矩阵运算),可节省4/5以上的功耗,大幅降低数据中心与企业自有机房的运维电费。2018年,我国全年数据中心耗电量接近1500亿度,采用光子计算技术可每年节省1000亿以上的运维电费,打造清洁高效的新型数据中心。

去年双创周之后,光子芯片颇受关注。作为国内首个光子智能芯片研发团队,去年底,他们与中关村科技园区顺义园管理委员会签约,项目落户顺义。今年,团队推出首款商用光子计算服务器LightC,可用于数据中心和企业自有机房的人工智能计算任务,为智能制造、智能交通、安全生产、流程管控等领域提供底层算力支撑。

白冰介绍,光子芯片的设计、加工、封装、测试全部在国内完成,摆脱了对外国高制程光刻机的依赖。目前,光子计算服务器已在国家应急管理部、中国电信、中国移动的数据中心开展小批量试点应用,预计2020年开始推向边缘计算企业自有机房市场。

新京报记者 李玉坤 协作记者 王贵彬

实习生 韦安 编辑 张畅 白爽 校对 吴兴发