軟體吞噬硬體的 AI 時代,晶片跟不上演算法的進化要怎麼辦?
作者 品玩 | 發布日期 2021 年 02 月 23 日 8:00 |
身為 AI 時代的幕後英雄,晶片業正經歷漸進持續的變化。
2008 年之後,深度學習演算法逐漸興起,各種神經網絡滲透到手機、App 和物聯網。同時摩爾定律卻逐漸放緩。摩爾定律雖然叫定律,但不是物理定律或自然定律,而是半導體業發展的觀察或預測,內容為:單晶片整合度(積體電路中晶體管的密度)每 2 年(也有 18 個月之說)翻倍,帶來性能每 2 年提高 1 倍。
保證摩爾定律的前提,是晶片製程進步。經常能在新聞看到的 28 奈米、14 奈米、7 奈米、5 奈米,指的就是製程,數字越小製程越先進。隨著製程的演進,特別進入10 奈米後,逐漸逼近物理極限,難度越發增加,晶片全流程設計成本大幅增加,每代較上一代至少增加 30%~50%。
這就導致 AI 對算力需求的增長速度,遠超過通用處理器算力的增長速度。據 OpenAI 測算,從 2012 年開始,全球 AI 所用的演算量呈現等比級數增長,平均每 3.4 個月便會翻 1 倍,通用處理器算力每 18 個月至 2 年才翻 1 倍。
當通用處理器算力跟不上 AI 演算法發展,針對 AI 演算的專用處理器便誕生了,也就是常說的「AI 晶片」。目前 AI 晶片的技術內涵豐富,從架構創新到先進封裝,再到模擬大腦,都影響 AI 晶片走向。這些變化的背後,都有共同主題:以更低功耗,產生更高性能。
更靈活
2017 年圖靈獎頒給電腦架構兩位先驅 David Petterson 和 John Hennessy。2018 年圖靈獎演講時,他們聚焦於架構創新主題,指出演算體系結構正迎來新的黃金 10 年。正如他們所判斷,AI 晶片不斷出現新架構,比如英國 Graphcore 的 IPU──迥異於 CPU 和 GPU 的 AI 專用智慧處理器,已逐漸被業界認可,並 Graphcore 也獲得微軟和三星的戰略投資支援。
名為 CGRA 的架構在學界和工業界正受到越來越多關注。CGRA 全稱 Coarse Grained Reconfigurable Array(粗顆粒可重構陣列),是「可重構計算」理念的落地產物。
據《可重構計算:軟體可定義的計算引擎》一文介紹,理念最早出現在 1960 年代,由加州大學洛杉磯分校的 Estrin 提出。由於太過超前時代,直到 40 年後才獲得系統性研究。加州大學柏克萊分校的 DeHon 等將可重構計算定義為具以下特徵的體系結構:製造後晶片功能仍可客製,形成加速特定任務的硬體功能;演算功能的實現,主要依靠任務到晶片的空間映射。
簡言之,可重構晶片強調靈活性,製造後仍可透過程式語言調整,適應新演算法。形成高度對比的是 ASIC(application-specific integrated circuit,專用積體電路)。ASIC 晶片雖然性能高,卻缺乏靈活性,往往是針對單一應用或演算法設計,難以相容新演算法。
2017 年,美國國防部高級研究計劃局(Defence Advanced Research Projects Agency,DARPA)提出電子產業復興計劃(Electronics Resurgence Initiative,ERI),任務之一就是「軟體定義晶片」,打造接近 ASIC 性能、同時不犧牲靈活性。
照重構時的顆粒分別,可重構晶片可分為 CGRA 和 FPGA(field-programmable gate array,現場可程式語言邏輯門陣列)。FPGA 在業界有一定規模應用,如微軟將 FPGA 晶片帶入大型資料中心,用於加速 Bing 搜索引擎,驗證 FPGA 靈活性和演算法可更新性。但 FPGA 有局限性,不僅性能和 ASIC 有較大差距,且重程式語言門檻比較高。
CGRA 由於實現原理差異,比 FPGA 能做到更底層程式的重新設計,面積效率、能量效率和重構時間都更有優勢。可說 CGRA 同時整合通用處理器的靈活性和 ASIC 的高性能。
隨著 AI 演算逐漸從雲端下放到邊緣端和 IoT 設備,不僅演算法多樣性日益增強,晶片更零碎化,且保證低功耗的同時,也要求高性能。在這種場景下,高能效高靈活性的 CGRA 大有用武之地。
由於結構不統一、程式語言和編譯工具不成熟、易用性不夠友善,CGRA 未被業界廣泛使用,但已可看到一些嘗試。早在 2016 年,英特爾便將 CGRA 納入 Xeon 處理器。三星也曾嘗試將 CGRA 整合到 8K 電視和 Exynos 晶片。
中國清微智慧 2019 年 6 月量產全球首款 CGRA 語音晶片 TX210,同年 9 月又發表全球首款 CGRA 多模態晶片 TX510。這家公司脫胎於清華大學魏少軍教授起頭的可重構計算研究團隊,從 2006 年起就進行相關研究。據芯東西 2020 年 11 月報導,語音晶片 TX210 已出貨數百萬顆,多模組晶片 TX510 在 11 月也出貨 10 萬顆以上,主要客戶為智慧門鎖、安防和臉部支付相關廠商。
先進封裝上位
如開篇提到,由於製程逼近物理極限,摩爾定律逐漸放緩。同時 AI 演算法的進步,對算力需求增長迅猛,逼迫晶片業在先進製程之外探索新方向,之一便是先進封裝。
「在大數據和認知計算時代,先進封裝技術正在發揮比以往更大的作用。AI 發展對高效能、高吞吐量互連的需求,正透過先進封裝技術加速發展來滿足。 」世界第三大晶圓代工廠格羅方德平台首席技術專家 John Pellerin 聲明表示。
先進封裝是相對於傳統封裝的技術。封裝是晶片製造的最後一步:將製作好的晶片器件放入外殼,並與外界器件相連。傳統封裝的封裝效率低,有很大改良空間,而先進封裝技術致力提高整合密度。
先進封裝有很多技術分支,其中 Chiplet(小晶片/芯粒)是最近 2 年的大熱門。所謂「小晶片」,是相對傳統晶片製造方法而言。傳統晶片製造方法,是在同一塊矽晶片上,用同一種製程打造晶片。Chiplet 是將一塊完整晶片的複雜功能分解,儲存、計算和訊號處理等功能模組化成裸晶片(Die)。這些裸晶片可用不同製程製造,甚至可是不同公司提供。透過連接介面相接後,就形成一個 Chiplet 晶片網路。
據壁仞科技研究院唐杉分析,Chiplet 歷史更久且更準確的技術詞彙應該是異構整合(Heterogeneous Integration)。總體來說,此技術趨勢較清晰明確,且第一階段 Chiplet 形態技術較成熟,除了成本較高,很多高端晶片已經在用。
如 HBM 儲存器成為 Chiplet 技術早期成功應用的典型代表。AMD 在 Zen2 架構晶片使用 Chiplet 思路,CPU 用的是 7 奈米製程,I/O 使用 14 奈米製程,與完全由 7 奈米打造的晶片相比成本約低 50%。英特爾也推出基於 Chiplet 技術的 Agilex FPGA 系列產品。
不過,Chiplet 技術仍面臨諸多挑戰,最重要之一是互連介面標準。互連介面重要嗎?如果是在大公司內部,比如英特爾或 AMD,有專用協議和封閉系統,在不同裸晶片間連接問題不大。但不同公司和系統互連,同時保證高頻寬、低延遲和每比特低功耗,互連介面就非常重要了。
2017 年,DARPA 推出 CHIPS 戰略計劃(通用異構整合和 IP 重用戰略),試圖打造開放連接協議。但 DARPA 的缺點是,側重國防相關計畫,晶片數量不大,與真正商用場景有差距。因此一些晶片業公司成立組織「ODSA(開放領域特定架構)工作組」,透過制定開放的互連介面,為 Chiplet 的發展掃清障礙。
另闢蹊徑
除了在現有框架內做架構和製造創新,還有研究人員試圖跳出電腦現行的范紐曼型架構,開發真正模擬人腦的計算模式。
范紐曼架構,數據計算和儲存分開進行。RAM 存取速度往往嚴重落後處理器的計算速度,造成「記憶體牆」問題。且傳統電腦需要透過總線,連續在處理器和儲存器之間更新,導致晶片大部分功耗都消耗於讀寫數據,不是算術邏輯單元,又衍生出「功耗牆」問題。人腦則沒有「記憶體牆」和「功耗牆」問題,處理訊息和儲存一體,計算和記憶可同時進行。
另一方面,推動 AI 發展的深度神經網路,雖然名稱有「神經網路」四字,但實際上跟人腦神經網路運作機制相差甚遠。1,000 億個神經元,透過 100 萬億個神經突觸連接,使人腦能以非常低功耗(約 20 瓦)同步記憶、演算、推理和計算。相比之下,目前的深度神經網路,不僅需大規模資料訓練,運行時還要消耗極大能量。
因此如何讓 AI 像人腦一樣工作,一直是學界和業界積極探索的課題。1980 年代後期,加州理工學院教授卡弗·米德(Carver Mead)提出神經形態工程學的概念。經過多年發展,業界和學界對神經形態晶片的摸索逐漸成形。
軟體方面,稱為第三代人工神經網路的「脈衝神經網路」(Spike Neural Network,SNN)應運而生。這種網路以脈衝信號為載體,更接近人腦的運作方式。硬體方面,大型機構和公司研發相應的脈衝神經網路處理器。
早在 2008 年,DARPA 就發起計畫──神經形態自適應塑膠可擴展電子系統(Systems of Neuromorphic Adaptive Plastic Scalable Electronics,簡稱 SyNAPSE,正好是「突觸」之意),希望開發出低功耗的電子神經形態電腦。
IBM Research 成為 SyNAPSE 計畫的合作方之一。2014 年發表論文展示最新成果──TrueNorth。這個類腦計算晶片擁有 100 萬個神經元,能以每秒 30 幀的速度輸入 400×240pixel 的影片,功耗僅 63 毫瓦,比范紐曼架構電腦有質的飛躍。
英特爾 2017 年展示名為 Loihi 的神經形態晶片,包含超過 20 億個晶體管、13 萬個人工神經元和 1.3 億個突觸,比一般訓練系統所需的通用計算效率高 1 千倍。2020 年 3 月,研究人員甚至在 Loihi 做到嗅覺辨識。這成果可應用於診斷疾病、檢測武器和爆炸物及立即發現麻醉劑、煙霧和一氧化碳氣味等場景。
中國清華大學類腦計算研究中心的施路平教授團隊,開發針對人工通用智慧的「天機」晶片,同時支持脈衝神經網路和深度神經網路。2019 年 8 月 1 日,天機成為中國第一款登上《Nature》雜誌封面的晶片。
儘管已有零星研究成果,但總體來說,脈衝神經網路和處理器仍是研究領域的方向之一,沒有在業界大規模應用,主要是因為基礎演算法還沒有關鍵性突破,達不到業界標準,且成本較高。
附圖:▲ 不同製程節點的晶片設計製造成本。(Source:ICBank)
▲ 可重構計算架構與現有主流計算架構在能量效率和靈活性對比。(Source:中國科學)
▲ 異構整合成示意動畫。(Source:IC 智庫)
▲ 通用處理器的典型操作耗能。(Source:中國科學)
資料來源:https://technews.tw/2021/02/23/what-to-do-if-the-chip-cannot-keep-up-with-the-evolution-of-the-algorithm/?fbclid=IwAR0Z-nVQb96jnhAFWuGGXNyUMt2sdgmyum8VVp8eD_aDOYrn2qCr7nxxn6I
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0904新加坡聯合早報
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*【TikTok潛在買家與字節跳動討論四種收購選項】
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*【美將對中國駐美外交官設限 中促撤銷有關決定】
美國國務卿蓬佩奧2日宣佈,華盛頓將對中國駐美外交官的活動實施新的限制,以推動美中外交關係的對等。中國駐美國大使館就此發表聲明,敦促美方撤銷有關決定。這是川普政府打擊所謂中國影響行動和間諜活動的一部分。蓬佩奧說,國務院今後要求在美中國高級外交官在訪問大學校園或與地方政府官員見面,或是舉辦50人以上參加者的文化活動之前,必須獲得美方許可。
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*【賽沙迪籌組年輕人政黨 馬哈迪大潑冷水】
土著團結黨青年團前團長賽沙迪沒加入前首相馬哈迪創立的祖國鬥士黨,而計畫另創以年輕人為主的新政黨。馬哈迪週四對賽沙迪大潑冷水,表示不看好賽沙迪的政黨能成功。馬哈迪週四在布城的首要領導基金會召開記者會,稱所有選區都有年輕選民和年長選民,任何政黨若只針對年輕人很難成功。“選民中有相當大的比率是年輕人,我們都需要年輕選民支援,但如果只是依靠年輕人,我不認為會非常成功。”
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*【累計病例過1000起 緬甸封鎖首都】
緬甸冠病確診病例激增,累計破1000起,當局宣佈封鎖首都內比都。緬甸國務資政翁山淑枝警告,冠病疫情可能對國家造成災難。緬甸在3月底出現首起確診病例,多個月來疫情一直受到控制。然而,8月中旬,西部若開邦出現緬甸在一個月內的第一起本土感染病例後,疫情就一發不可收拾。短短兩個星期,累計確診病例已翻倍,目前累計病例為1059起,死亡病例有六起。
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*【越南料本月下旬重啟往返亞洲六城市航班】
越南計畫9月下旬開始重啟往返亞洲六個城市的國際商業航班。越南交通部旗下的《交通報》引述越南民航局副局長武輝強報導說,民航局建議恢復來往廣州、首爾、萬象、金邊、臺北和東京的航班,這意味著每週約有5000名旅客抵境。
根據越南衛生部的要求,入境者須接受兩周隔離,除非他們在越南的時間不足14天。
https://www.zaobao.com.sg/news/sea/story20200904-1082146
*【九高風險國家公民 下周起禁入馬國】
馬來西亞週四進一步收緊入境管制,下週一(7日)起,累計冠病病例超過15萬起的九個國家的公民禁止入境。這些國家是美國、巴西、法國、英國、西班牙、義大利、沙烏地阿拉伯,俄羅斯和孟加拉。主管防疫事務的國防部高級部長依斯邁沙比里週四在記者會上說:“我們將把這些高風險國家列入禁止入境馬國的名單中。面對緊急情況或處理公務者仍可以入境,但事先必須獲得移民局的批准。”
https://www.zaobao.com.sg/news/sea/story20200904-1082147
*【泰相隔100天后突有一本土病例】
泰國前天剛宣佈100天沒有新增社區病例,昨天就出現一起本土確診患者,令人擔憂社區潛伏病例,恐引發新一波疫情。
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*【港多項社交距離措施今起放寬 晚市堂食延至10時】
香港多項社交距離措施今日起放寬,其中餐廳堂食放寬至晚上10時,但繼續不允許多於兩人一台。健身中心可以重開,但器械不能容納多於四人,健身課堂每組不得超過四人,所有人在健身中心內要一直戴口罩。公眾保齡球場及桌球館內,每張桌球臺及每條球道不得有多於四人使用。美容院及按摩院員工必須戴口罩,只可以服務已預約客人。
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*【亞洲冠病死亡人數已超過10萬】
根據官方資料進行的統計顯示,2019冠狀病毒疾病(COVID-19)大流行至今已在亞洲奪走超過10萬條人命。亞洲國家與地區正式通報的累計冠病確診病例達到542萬零803起,累計死亡病例達到10萬零667起。就死亡病例來看,印度的情況最嚴重,其死亡人數占亞洲總數近四分之三,至今有6萬7376名冠病患者已經死去;印尼以7616起死亡病例居次,巴基斯坦以6328起死亡病例排在第三。
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*【中國駐美大使籲兩國重拾二戰合作精神 應對新時代共同的敵人】
為紀念二戰勝利75周年,中國駐美國大使崔天凱當地時間9月3日發表致辭,強調二戰亞洲戰場,中美兩國曾為和平和正義並肩而戰,呼籲中美重拾那段歷史中的合作精神。
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*【中國擬大力發展晶片的消息引千億美元晶片股損失】
美國股市主要股指3日大跌,晶片股的突出跌幅可能和前夜中國將大力發展本國半導體的報導有關。美國費城半導體指數週四盤中跌幅高達6.2%,是6月中旬以來最大,下跌導致費城半導體指數的總市值縮水了約1364.33億美元。大型晶片製造商遭遇數月來損失最慘重的一天。英偉達股價一度下跌10%,是3月18日以來最大盤中跌幅。高通和博通均下跌5%以上,而英特爾下跌超過3%。彭博社9月3日引述知情人士報導,中國計畫在2021至2025年期間大力支持發展第三代半導體產業,以發展本國的半導體產業,並應對美國政府的限制,中國將賦予這項任務如同當年製造原子彈一樣的高度優先權。
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*【北約將召開特別會議討論納瓦爾尼中毒事件】
北約組織最高決策機構北約理事會4日將召開特別會議,以討論俄羅斯反對派領袖納瓦爾尼中毒事件。北約組織(NATO)週四表示,北約秘書長斯托爾滕貝格將在會後向媒體發表講話。另據路透社,歐盟委員會及外交消息人士透露,歐盟預計將就這起事件對俄羅斯實施新制裁。
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*【國際委員會:基因組編輯技術還未能安全用於人類】
由多國科研機構組成的一個國際委員會說,可遺傳基因組編輯技術當前還達不到安全、有效地應用於人類的相關標準。各國在決定是否批准這類技術開展臨床應用前,應就這一問題展開廣泛社會討論。2018年中國生物物理科學家賀建奎2018年宣佈全球首例基因編輯雙胞胎誕生,引發所謂“設計嬰兒的道德爭議。“人類生殖系基因組編輯臨床應用國際委員會”隨後成立,成員包括美國國家醫學院、國家科學院以及英國皇家學會等多國科研機構。
https://www.zaobao.com.sg/realtime/world/story20200904-1082265
*【G20承諾加強國際合作應對冠病大流行】
二十國集團外長3日舉行視訊會議,承諾進一步加強國際合作,以應對2019冠狀病毒疾病(COVID-19)大流行的影響,並加強未來對流行病的防範。當天的會議由二十國集團(G20)輪值主席國沙烏地阿拉伯主持。會議發表聲明說,在遵守衛生機構和各國有關部門針對冠病疫情採取的預防措施基礎上,重新開放邊界以及採取措施重振經濟非常重要。與會代表還討論了如何加強跨境管理方面的合作,以在疫情期間保護人民生命安全。
https://www.zaobao.com.sg/realtime/world/story20200904-1082259
*【裴洛西與財長達成協議避免政府10月關門】
美國眾議院議長裴洛西和財政部長努勤同意就臨時開支法案進行協商,以避免美國政府在11月大選前再次關門。裴洛西和努勤週二在電話中進行了非正式會議,就確保美國政府10月進入新財政年可以繼續運作達成協議。
https://www.zaobao.com.sg/realtime/world/story20200904-1082257
擎力第三代半導體 在 非凡電視台 Facebook 的最佳解答
0816 #開盤 #重點
#大立光 #鴻海
股王大立光昨日公布7月合併營收46.12億元,攀上近三個月來高點,月增11.5%,增幅優於預期,但呈年減15.17%,不過營運回春的契機讓市場高度雀躍。大立光並釋出喜訊,上調營運展望,原本估計8月持平7月,昨天發布營收後,調整為8月拉貨動能有望優於7月,而大立光於下周二(11日)除息,每股發放79元現金股利,合計將發出105.97億元。
鴻海昨日公告7月營收,受惠PS5開始拉貨,加上iPhone新舊機種持續出貨,月營收4033.26億元,月增11.8%、年增1.3%,創歷年同期新高,也是今年以來單月新高,展望第三季,蘋果新機蓄勢待發,為鴻海營收帶來一波成長動能,至於下半年展望如何,鴻海將在下周三8/12舉行法說會,由董事長劉揚偉對外界說明。
#台積電 #超微 #市占率
因英特爾7奈米製程卡關,超微趁勢擴大市占,超微有了台積電晶圓代工支援下市占率攀升,助台股超微供應鏈業績水漲船高,華擎已率先公布第二季亮眼成績單,單季EPS為2.75元創35季來新高,均熱片供應商健策、主機板微星、技嘉等下半年營運看俏。
#高通 #聯發科 #晶片
研調機構預估,2024年5G手機出貨量將達到11.6億支,其中光是晶片成本就佔了超過25%,讓5G晶片成了各家晶片大廠必爭之地,目前共有高通、三星、聯發科、華為、紫光展銳5家廠商角逐。分析師認為,主要競爭還是落在高通和聯發科,再加上美中貿戰題材,又讓聯發科更佔優勢。
#中美晶 #宏捷科 #結盟 #今日暫停交易
宏捷科中美晶分別宣布,因有重大訊息待公布6日暫停交易。市場預估,隨5G、自動駕駛及高速運算成未來主流,中美晶集團將跨入三五族市場,可能與宏捷科結盟,搶攻第三代半導體氮化鎵,及碳化矽市場版圖。業者表示,下世代半導體除了矽晶圓之外,三五族受惠最大,中美晶握有半導體材料資源,而宏捷科則是在砷化鎵領域深耕20年、擁技術優勢,市場揣測,雙方可能在化合物半導體領域強強聯手,強化三五族新材料如氮化鎵等領域布局。法人指出,發展氮化鎵、碳化矽可使用砷化鎵機台作為基礎出發,在發展上具競爭力,中美晶身為矽晶圓廠,而宏捷科則擁砷化鎵技術,若兩者合作,可謂雙贏,也為台灣打下進軍國際市場的一大基礎。
#財經 #新聞 #非凡新聞 #ustvnews #news
擎力第三代半導體 在 宏捷科 的推薦與評價
台股近年發展第三代半導體的集團戰正逐漸成型,八月初鴻海透過收購旺宏6 吋廠,擬搶 ... 不買#美時 #裕隆 #宏捷科 #穩懋 #玉晶光 #世芯 #和成 #雷虎 #榮剛 #智擎 #東洋. ... <看更多>
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