人工智能大模型的興起，讓英偉達(dá)公司成為全球最受關(guān)注的企業(yè)之一。最近，英偉達(dá)首席執(zhí)行官黃仁勛宣布:Rubin將是Blackwell芯片的后繼平臺。今年3月18日，這家硅谷企業(yè)發(fā)布了Blackwell芯片平臺，剛進(jìn)入生產(chǎn)階段。為何在兩個(gè)多月后，就急著官宣下一代還在研發(fā)的人工智能芯片？人工智能芯片技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢是什么？解放日報(bào)·上觀新聞記者采訪了上海硅知識產(chǎn)權(quán)交易中心總經(jīng)理、上海市集成電路行業(yè)協(xié)會監(jiān)事長徐步陸博士。

對GPU應(yīng)用前景“先知先覺”

據(jù)介紹，人工智能芯片以GP-GPU通用計(jì)算芯片為主體。GP的意思是通用，GPU的本意是圖形處理器，所以GP-GPU的全稱為“通用圖形處理單元”，簡稱GPU。正是因?yàn)樵谶@個(gè)芯片領(lǐng)域做到世界第一，英偉達(dá)才超越英特爾，成為全球最炙手可熱的芯片公司。

GPU在個(gè)人電腦、手機(jī)和平板電腦里就有，用來處理與圖像相關(guān)的運(yùn)算。這類芯片有并行計(jì)算功能，能夠在同一時(shí)間做大量比較簡單的運(yùn)算，在人工智能大規(guī)模計(jì)算上大有用武之地。憑借對這一應(yīng)用前景的“先知先覺”，黃仁勛帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)將GPU升級為GP-GPU，讓這類芯片更適合高性能并行計(jì)算，并能使用更高級別的編程語言。

隨著人工智能產(chǎn)業(yè)的興起，高性能GP-GPU的應(yīng)用價(jià)值越來越大。這類芯片主要應(yīng)用在人工智能模型訓(xùn)練與推理、高性能計(jì)算兩大領(lǐng)域。在大模型訓(xùn)練中，用于訓(xùn)練的GPU往往部署在云端，即安裝在服務(wù)器里，注重絕對的計(jì)算能力；用于推理的GPU則注重綜合指標(biāo)，用于云端或設(shè)備端，需通盤考慮單位能耗算力、時(shí)延、成本等因素。

在高性能計(jì)算領(lǐng)域，GPU也扮演著重要角色，用于數(shù)據(jù)中心、科學(xué)計(jì)算、自動駕駛等多種應(yīng)用場景，能執(zhí)行海量數(shù)據(jù)的并行計(jì)算。

英偉達(dá)產(chǎn)品是芯片級服務(wù)器

“很多人對人工智能芯片有個(gè)誤解，以為有了GPU，就不需要CPU了。”徐步陸說，“其實(shí)，GPU和CPU各有所長。簡單講，前者擅長并行計(jì)算，后者有復(fù)雜邏輯的控制功能。”以英偉達(dá)今年3月發(fā)布的GB200芯片為例，它由兩個(gè)B200 Blackwell GPU和一個(gè)基于Arm公司芯片架構(gòu)的Grace CPU組成，采用臺積電4納米工藝制程，包含2080億個(gè)晶體管，其性能達(dá)到每秒20千萬億次浮點(diǎn)運(yùn)算。

GPU與CPU、存儲器等不同種類裸片集成為單顆芯片，稱為芯片級“異構(gòu)”。在存算一體化過程中，合理優(yōu)化分配GPU、CPU、加速單元等異構(gòu)處理器、存儲和傳輸之間的任務(wù)和負(fù)載，是人工智能芯片技術(shù)發(fā)展的一個(gè)趨勢。黃仁勛最近宣布在研的Rubin芯片，將配備新一代GPU、基于Arm架構(gòu)的Vera CPU以及HBM4高帶寬存儲器，就體現(xiàn)了這一趨勢。

“從本質(zhì)上看，英偉達(dá)做的產(chǎn)品不單是芯片，而是芯片級服務(wù)器，為客戶提供‘片上計(jì)算系統(tǒng)’等智能計(jì)算解決方案。”徐步陸告訴記者。

提前官宣有利于產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同

在服務(wù)器領(lǐng)域，英偉達(dá)為谷歌、微軟、亞馬遜等云服務(wù)巨頭企業(yè)供貨，同時(shí)也對這些傳統(tǒng)巨頭形成了挑戰(zhàn)。另外，英偉達(dá)也要應(yīng)對AMD、英特爾等芯片企業(yè)向它發(fā)起的挑戰(zhàn)。在這種激烈的市場環(huán)境中，黃仁勛在發(fā)布Blackwell芯片平臺后的三個(gè)月內(nèi)，急著官宣下一代人工智能芯片，也就不難理解了。顯然，適時(shí)推出人工智能硬件產(chǎn)品路線圖和時(shí)間表，可以給予產(chǎn)業(yè)鏈、供應(yīng)鏈上下游企業(yè)一個(gè)比較明確的預(yù)期，讓它們根據(jù)路線圖和時(shí)間表盡早謀劃自身產(chǎn)品。

超前官宣下一代人工智能芯片，還能引起資本市場的關(guān)注，有助于英偉達(dá)維持3萬億美元這一科技公司的歷史性市值，籌集到更多的研發(fā)經(jīng)費(fèi)。徐步陸指出，集成電路產(chǎn)業(yè)在全球資本的保障下，處理器、存儲器、傳輸光模塊等芯片在設(shè)計(jì)上越來越同步，芯片設(shè)計(jì)與尖端制程的晶圓制造、三維立體封裝正在形成高效協(xié)同，算力芯片與傳輸協(xié)議、開發(fā)環(huán)境的協(xié)同性也越來越高。

在協(xié)同性方面，人工智能芯片與通用并行計(jì)算架構(gòu)生態(tài)系統(tǒng)的優(yōu)化協(xié)同值得一提。英偉達(dá)開發(fā)的CUDA，就是一個(gè)通用并行計(jì)算架構(gòu)生態(tài)系統(tǒng)。它包含CUDA指令集架構(gòu)和GPU內(nèi)部的并行計(jì)算引擎。軟件工程師可以用C語言來為CUDA架構(gòu)編寫程序，讓這些程序在支持CUDA的處理器上高性能運(yùn)行。

“這是一個(gè)編程平臺、應(yīng)用框架和基礎(chǔ)架構(gòu)。”徐步陸解釋，“通過軟件和硬件產(chǎn)品的協(xié)同，英偉達(dá)打造了強(qiáng)大的GPU創(chuàng)新生態(tài)，吸引全球用戶在這個(gè)生態(tài)里開發(fā)AI產(chǎn)品并優(yōu)化開發(fā)工具、算子庫等，從而越用越好用，以致產(chǎn)生用戶依賴性。”

放眼國內(nèi)，華為等一批人工智能芯片頭部企業(yè)也在開發(fā)生態(tài)系統(tǒng)。雖然目前國產(chǎn)生態(tài)系統(tǒng)的用戶數(shù)量不如CUDA，但國內(nèi)集成電路業(yè)界已達(dá)成一種共識:只有加快構(gòu)建開放式新一代人工智能芯片軟硬件一體化生態(tài)，中國集成電路和人工智能產(chǎn)業(yè)才能實(shí)現(xiàn)自主可控、面向全球的可持續(xù)發(fā)展，也能更好地為各行業(yè)培育新質(zhì)生產(chǎn)力服務(wù)。