没有硝烟的芯片之战,看阿里平头哥“中国芯”如何创新突围?

编者按:

数字经济区别于农业经济和工业经济,大数据和算力是主要生产要素。我国已迎来数字经济时代,阿里平头哥旨在通过底层芯片创新,助力推进阿里经济体以及各行业的数字化进程。

平头哥半导体副总裁孟建熠博士分析了数字经济时代芯片的关键作用,以及阿里构建的云端一体的基础设施平台。

导语

数字经济已经到来,关键生产要素不再是工业时代的资本和技术,而是大数据和算力,而芯片是支持大数据和算力的基础。中国是芯片消耗大国,消耗了全球50%的芯片,但芯片自主率很低。

阿里巴巴以云端一体的思想研发芯片和基础设施平台,云侧产品算力居全球第一,端侧产品通过应用驱动和开源开放打造普惠芯生态。芯片是数字经济发展的重要基础,芯片的快速发展预示着下一阶段的数字化将到达的更加凶猛。


孟建熠

阿里巴巴集团研究员

平头哥半导体副总裁


一、数字经济时代的生产要素:大数据和算力

数字经济时代的到来体现的一个重要指标是全球数据当年增加的总量,从2010年到2017年,数据总量增长平缓,2019年以后,数据逐步增长快速,2025年,全球当年产生的数据将达到175ZB,约等于近20万亿部高清视频电影。如果按1个人每天24小时计算,20万亿部高清电影需要44亿年才能看完。权威机构预测到2025年,接入互联网的设备数预计将达到730亿人均近10个设备,这些设备将产生大量的数据,服务于全行业,引领数字经济。

据信通院统计,2019年,中国数字经济规模35.8万亿元,占全国GDP比重36.2%,全年GDP增长贡献率为67.7%,数据表明,数字经济已成为中国经济增长新引擎。

农业经济时代的生产要素是土地和劳动力,工业经济时代的生产要素是资本和技术,生产要素的不同,致使工业经济的发展速度远远超过农业经济。

数字经济时代的生产要素是大数据和算力,各个行业都在全方位走向数字化和智能化。预计数字经济时代持续20年左右,效率更高于工业经济时代。

目前,数字化经济影响着农业生产,例如天气预报自动化防灾、防害,通过数据提升工业生产的效率,包括原材料准备、加工过程等。数字经济是未来经济发展的重要经济形态。


二、算力

  1. 发展驱动框架:两大基础设施

算力发展驱动框架将整个数字经济分为三个层次。第一层是技术底座,包含云计算为基础的大数据、人工智能、物联网、区块链和5G等核心技术。中间层是基础设施,包含新服务体系和数字平台。新服务体系是物理基础设施之上的智能化新服务体系,老基建数字化改造为新基建。数字平台即面向不同行业可以用来做二次开发的平台,例如电子商务、支付、物流、工业互联网、公共出行、文化娱乐和生活服务。最上层是需求,物理基础设施和数字平台结合在一起,可用于支撑数字政务、数字商业/产业、数字生活。

  1. 数据驱动的新服务体系

老基建包含铁路、公路、机场、港口,通过基建拉动经济的增长。目前新基建中“新”包含两种含义,一是指全新创建出来的东西,例如5G基建、特高压、人工智能、大数据中心,二是指老基建的升级,例如轨道交通。整体来说,新基建是数字经济催生的产物,使得整体的服务更加有效。

  1. 数字平台经济生长旺盛

2020年和2007年全世界前十市值公司对比,2007年世界前十的公司:银行、石油、汽车等公司,唯一一家新技术企业是Microsoft。2020年,世界前十的公司,七家都是数字化驱动的公司。其中,2007年世界前十的公司,平均年龄100岁,2020年世界前十的公司,平均年龄20岁左右。数字经济的效率和发展速度都是极为迅猛的,如何应用数据赋能现有的产业,如何有效地使用数据,是值得思考的问题。

  1. 算力发展驱动框架:一套技术底座

算力在基础设施中的发展是极为重要的,关键技术对算力的需求可以概括为随时、随地、随需,而芯片是算力的基石。云计算为基础的数字经济时代,支撑起各类应用:大数据计算、人工智能、物联网、区块链和5G

大数据计算毫无疑问是未来发展的趋势,包括大规模离线计算、超大并发实时计算、复杂图数据推理计算。

人工智能的应用有智能客服、计算视觉、千人千面、智能推荐和认知智能。

对于物联网,推出了微内核多端操作系统,并积极构建统一物联网平台。

区块链主要用于保证交易,建立了跨链互联、智能合约、隐私保护和共识机制。

5G时代随时随地大流量、高容量的特性可接入更多的设备,包含天线、基站、光传输系统、室分系统。


三、芯片

  1. 数字经济时代芯片迎来增长

芯片支撑整个数字化的数字经济。从1984年到2021年,半导体芯片在全球国民经济的占比,最低0.2%,最高0.6%。半导体是用来支撑其他经济的经济,例如电视、电脑、平板。一般来说,若一颗芯片一块钱,则整体的GDP放大效应将达到100倍甚至1000倍。如果半导体占比国民经济0.2%,则是500倍的放大。

中国作为全球的制造业大国,也是芯片消耗大国,消耗了全球50%的芯片,但芯片自主率很低。半导体芯片占比升高的阶段,意味着芯片在国民经济中的规模快速扩张,代表着新设备的产生,例如80年代到00年,电脑的出现,2000年以后,手机出现,2015年以后,产生大数据、云计算、物联网。芯片在不同的时代发挥着不同价值,芯片的快速发展预示着下一阶段的数字化将到达的更加凶猛。

  1. “ABCDE”的新技术生态正在形成

数字经济的公司逐步构建“ABCDE”的新技术生态。“A”指的是算法,使用积累的数据需要算法的配合,输入一些数据产生新的数据,不同算法的效率是不同的,产生不同的结果。“B”指的是大数据,多数情况下,输入大量的数据,可以得到很好的经验输出。“C”指的是计算“D”指的是行业,技术覆盖到各行各业,才能产生好的效益,数字经济面向不同的行业,每个行业有不同的特点。在“A”、“B”、“C”、“D”基础上,构建“E”,即生态系统,各个部分通过数据相互联通和协同,优化整个系统。

针对算力,有边端算力和云端算力。边端算力,在端侧的算力,即泛在计算和普惠计算,具有实时性、可靠性、低延时的特点。云端算力,包含异构计算和暴力计算,具有全局性、高效性和弹性的特点。

  1. 端与云协同

数字经济时代,我们完全有机会可以进入全球的前列。不同于以往的云端分开,现在针对一个设备,可以达到云端协同。典型代表是手机,手机是一个端设备,但当打开应用后,接入云端,云端协同后,将产生更大的效应。端侧设备有现场、实时性、交互的特性,而云计算可以无限扩容,积累数据,两者协同后,可以达到在线智能的效果

端云一体后,对底层的架构提出了要求,阿里巴巴正在努力构建端云一体的芯片基础设施平台。基于基础设施平台开发的产品,延伸云端,具备云端交互的能力,使得上层应该开发效率更高,以后硬件可类似软件一样快速迭代,硬件的技术壁垒将被打破,硬件将发挥全新的能力。

  1. 计算架构

图灵奖获得者John Hennessy和David Patterson预测未来十年将是架构创新的十年,芯片将迎来新机遇。目前的芯片大多是通用芯片,未来芯片将有以下特点:一是软硬结合,硬件处理能力强,功耗低,软件灵活性好,如何协同软硬件,是待解决的关键问题;二是面向领域,通用型芯片将追歼被面向领域的芯片取代,面向领域的芯片可更专业的服务于领域;三是开源架构,开源可以快速的驱动技术;四是敏捷开发,一般来说,芯片每十八个月迭代一次,芯片的开发需要预测下一年的行业变化。

  1. 平头哥:物理世界数智化计算创新

平头哥希望用芯片的技术拓展数字技术的边界。芯片的水平、算力的水平、功耗的水平决定着应用,芯片的边界被突破后,应用的边界和数字化的边界也将被打破。通过不断创新芯片技术,赋能于使用芯片技术的合作伙伴,使得他们定义芯片服务于自己的产品,形成商业闭环。

平头哥做芯片规划时,云和端一体思考。云端悬浮在芯片之上,芯片服务于各个行业,数据被传入到云端。云端芯片为阿里云打造更加高能效、安全和高算力的芯片,以提供更好的服务,降低云计算的成本。期待各行业一起定制化端侧芯片,端侧芯片服务于各个行业,与云端协同工作。

针对云端一体的布局,阿里有三个产品进入市场,云侧产品——含光人工智能芯片,算力全球第一。端侧有两个产品,玄铁CPU和无剑SoC芯片平台。区别于传统芯片,平头哥通过应用驱动和开源开放打造普惠芯生态。

[ 1 ] 含光——随时随地获取云上极致AI能力

含光800是高性能AI推理单芯片,75863IPS(每秒可以达到78563张图片的AI算力,ResNet-50标准测试图片)和500IPS/W(500张图片/W)指标在全球遥遥领先。阿里云基于此可以提供更好的服务,未来将有更多的芯片被应用在云端,打造更安全、更高效、算力更为强的云。

[ 2 ] 玄铁嵌入式CPU:锻造江湖神剑的基石

玄铁嵌入式CPU分两大类,第一类是完全自研的处理器-玄铁8系列,已应用在多个领域,累计授权芯片累计出货量达15亿颗。在未来全球化进一步协同的背景下,基于RISC-V开源架构,目前已成功研发出三款处理器。其中玄铁910是目前全球性能最好的RISC-V架构处理器,支持16核,单核性能达到7.1 Coremark/MHz,主频达到2.5GHz。

[ 3 ] 无剑SoC平台:助力芯片差异化

无剑SoC平台具有云端一体、软硬结合、全栈集成等特点,可将芯片研发周期缩短50%,开发成本降低50%,从而降低开发风险。针对微控制器、语音识别、视觉图像领域,我们已推出了相应的SoC平台。

  1. 半导体技术未来发展方向

半导体是先进的技术行业,需要不断迭代,未来可能有以下五个方面的创新,一是新材料,硅材料、碳材料等可以提高芯片的性能和集成度。二是新芯片架构,未来十年是新芯片架构高速发展的黄金十年,同时是面向行业架构的黄金十年。三是先进封装,原先是水平封装,目前可使用纵向封装。四是新存储,计算和存储是最为重要的两个方向,新存储技术在不断创新。五是量子计算,量子问题突破以后,整个算力将大幅度提升。

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本文源自头条号:阿云研究

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