數(shù)據(jù)中心在數(shù)字化、信息化推動社會和產業(yè)發(fā)生了巨大變革的過程中充當了重要的角色，隨著人工智能在各行業(yè)的滲透，以及龐大應用場景使AI模式越加復雜，而其中數(shù)據(jù)中心的計算能力需要更高的要求與發(fā)展，而算力的核心就是芯片。
正是基于這個原因，近年來全球涌現(xiàn)出不少致力于AI芯片開發(fā)的企業(yè)，燧原科技就是其中之一。在成立之初，公司就瞄準了云端訓練芯片市場缺口，并提出了“做大芯片，拼硬科技”的目標。
在這種愿景的驅動下，從2018年3月成立至今的短短2年半時間內，燧原科技就陸續(xù)發(fā)布了云端AI訓練芯片“邃思DTU”、搭載該芯片的AI加速卡“云燧T10”以及基于OCP加速模組OAM的“云燧T11”。2020年9月，燧原科技再次迎來了里程碑式的突破——其第一代人工智能訓練加速卡云燧T10和由其組成的多卡分布式訓練集群已在云數(shù)據(jù)中心落地，正式進入商用階段。
近日，燧原科技攜“云燧T10/T11” 首次亮相第三屆全球IC企業(yè)家大會暨第十八屆中國國際半導體博覽會(IC China 2020)，在本次大會期間，燧原科技的負責人和相關專家為我們介紹了AI芯片實現(xiàn)商用的過程中存在著諸多挑戰(zhàn)，以及燧原科技作為一家初創(chuàng)企業(yè)又是怎樣完成了云端AI大芯片的迅速商用化落地。
一、AI大芯片落地的難點
眾所周知，新場景對算力的需求，使得AI芯片在設計、制造和封測等方面進行了升級，由此也促生了很多新技術，這不僅為大量初創(chuàng)企業(yè)帶來了發(fā)展機會，也同樣為他們帶來了諸多的挑戰(zhàn)。以芯片設計為例，設計企業(yè)需要在架構、IP、SoC等方面進行創(chuàng)新。而芯片越大，則意味著整個芯片設計難度也會呈指數(shù)級上升，這為設計企業(yè)帶來了難題。除此之外，AI芯片要處理大量的數(shù)據(jù)，所以這類芯片對性能的要求就導致了它對先進工藝和先進封裝方面也具有較高的要求。
而在解決了在這三個環(huán)節(jié)中的問題后，也僅僅是企業(yè)成功推出了相關產品，離實現(xiàn)商業(yè)化落地還存在著一段距離。
“量產是AI大芯片實現(xiàn)商用要翻越的一座大山”，燧原科技創(chuàng)始人兼COO張亞林表示：“在推出產品到實現(xiàn)量產的過程中，需要解決產品質量、性能功耗以及良率這三大核心問題?！?/p>
為了保證產品質量，燧原科技通過用驗證方法學和驗證覆蓋率來確保芯片設計質量和制造質量。在性能功耗優(yōu)化方面，則通過軟硬件聯(lián)合性能以實現(xiàn)端到端的性能調優(yōu)，這包括三個部分，即進行芯片性能極限測試、硬件性能調優(yōu)以及軟件性能優(yōu)化。在良率方面，存在著晶圓測試(CP)良率挑戰(zhàn)、2.5D封裝良率挑戰(zhàn)以及分級良率挑戰(zhàn)。對此，燧原科技選擇了與產業(yè)鏈上下游伙伴共同合作來提高產品良率。
除了在技術層面上存在產業(yè)化應用的挑戰(zhàn)外，與之相匹配的軟件生態(tài)系統(tǒng)也是AI大芯片難以落地的另一重要因素。
為此燧原科技推出了計算及編程平臺“馭算”。據(jù)介紹，該平臺支持主流深度學習框架，并針對邃思芯片進行了特定優(yōu)化。整個平臺不僅包括傳統(tǒng)的算子加速庫，還為數(shù)據(jù)中心大規(guī)模訓練集群提供高效靈活的調度機制。
(馭算軟件架構)
二、大芯片背后的硬科技
實現(xiàn)量產是商業(yè)化過程中重要的一環(huán)，量產后走向市場并受到市場的青睞則是更重要的環(huán)節(jié)，而這就需要依靠產品的硬實力。
通過相關技術降低芯片成本，也是云端AI訓練芯片硬實力的一種體現(xiàn)。其中，芯片架構的創(chuàng)新是實現(xiàn)算力普惠的一個重要因素。
借本次全球IC企業(yè)家大會的機會，燧原科技創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官趙立東發(fā)布了燧原科技的芯片架構——“GCU-CARA”(通用計算單元和全域計算架構)。據(jù)趙立東介紹，該架構具有完全可編程、全模式計算、全精度計算和高并行度的特點。
據(jù)現(xiàn)場燧原科技專家介紹，GCU-CARA具有256個張量計算單元，每個計算單元支持1個32 bit MAC，支持所有精度輸入以及混合精度運算。GCU-CARA擁有廣泛的標量、向量、張量計算形式以及各種精度格式的支持，可以提供極其靈活的編程方式和張量切分/復用方式，從而支持最廣泛的編程需求。
據(jù)悉，燧原科技GCU架構還包括GCU-CARE(計算引擎)、GCU-DARE(數(shù)據(jù)架構)、GCU-LARE(智能互聯(lián))、GCU-PARE(先進封裝)四大核心技術，旨在為人工智能產業(yè)注入了新動能。
目前，燧原GCU已應用到云燧T10,T11產品以及數(shù)據(jù)中心AI訓練系統(tǒng)和集群中。而今年云燧T10和由其組成的多卡分布式訓練集群正式進入商用階段，也從另一方面說明了燧原科技的硬實力受到了市場的認可。
三、燧原科技開啟2.0時代
在云燧T10實現(xiàn)商用化落地的前四個月，燧原科技還獲得了新一輪的融資，借助這輪融資，燧原科技得以從1.0跨越到了2.0時代。
張亞林表示：“在1.0時代，燧原科技實現(xiàn)了從0到1的目標，在這個階段公司的工作重心是放在建設中國頂尖的工程化團隊，完成產品研發(fā)和量產、實現(xiàn)產品熱啟動，并完成首個人工智能訓練解決方案的商業(yè)化落地?！?/p>
已經(jīng)實現(xiàn)商用的云燧T10和由其組成的多卡分布式訓練集群是燧原科技完成1.0階段任務的代表作之一。從上文AI大芯片的商用落地難處便可看出，僅靠一塊芯片或是一種產品難以支撐云端服務器的使用。從目前市場情況來看，由AI芯片所組成的分布式集群在云端服務器發(fā)展的過程中起到了重要作用，針對這種商業(yè)訴求，燧原科技所推出的多卡分布式訓練集群，就能夠為普惠云端訓練的實現(xiàn)提供助力。
“多卡分布式集群的建成并不是一件簡單的事”，張亞林表示：“在這個過程中，燧原科技需要解決多卡之間連接問題，還需要考慮每個板卡的工作分配，使之在盡可能小的功耗下發(fā)揮出最高的性能?！?/p>
(云燧T10商用化案例展示)
人工智能訓練平臺的商業(yè)化落地不僅為燧原1.0畫上了完美的通關句號，還為燧原科技打開了通往2.0時代的大門。
“2.0時代，燧原科技將進行從1到N的發(fā)展”，據(jù)張亞林介紹：“在2.0時代，燧原科技會專注于建立市場銷售和服務支持體系，迅速拓展業(yè)務。同時，公司還將加強國內外學術端的合作，引進高端人才，構建產業(yè)生態(tài)?！?/p>
在產品規(guī)劃方面，作為一個務實的企業(yè)，實現(xiàn)商業(yè)化落地是燧原科技所追求的目標之一。以此為基礎，燧原科技在進行芯片設計之初就瞄準了市場痛點，大大加速了產品的商業(yè)化進程。
張亞林表示：“未來，燧原科技也將以應用為導向，進行產品的拓展。在2.0時代，燧原科技還會持續(xù)產品的研發(fā)和迭代，構建云端訓練和推理平臺完整解決方案。為了實現(xiàn)這一目標，燧原科技將會在明年推出推理AI芯片?！?/p>
根據(jù)燧原科技的計劃來看，公司將用3年時間來構建燧原科技2.0時代。
燧原科技之所以能夠在短時間內得到如此迅速的發(fā)展，是因為云端AI訓練芯片還處于起步階段，算法和架構方面還有很大的上升空間。從云端訓練芯片巨頭英偉達的發(fā)展中看，2019年其數(shù)據(jù)中心業(yè)務營收達到30億美元，AI訓練卡則貢獻了其中的20億美元和最大利潤。
而英偉達幾乎壟斷了云端AI訓練芯片市場，一家獨大的市場情況就導致了AI云端訓練的成本很高。而燧原科技瞄準這塊市場，就是期望能夠提供可替代的解決方案來推動普惠算力的實現(xiàn)。
據(jù)張亞林介紹，燧原科技瞄準的是云端計算芯片的存量和增量兩大市場。存量市場指的是目前已有的，并可進行方案替代的市場，例如云服務商等領域。增量市場則是未來通過技術迭代并進行方案替代的市場。
他表示：“在國外廠商已經(jīng)構建了強大的優(yōu)勢之下，其他廠商要想進入這個市場首先就要適應已有的生態(tài)系統(tǒng)，通過提供可替代的解決方案是打入這個市場方法之一。這也是為未來突破國外廠商壟斷所奠定的基礎。”
從國內云端AI芯片競爭格局來看，由于現(xiàn)階段國內致力于發(fā)展云端AI芯片的企業(yè)并不多，且在市場前景巨大的情況下，搶先爭取相關人才和發(fā)展生態(tài)合作伙伴就成為了驅動企業(yè)未來發(fā)展的重要引擎之一。而這也是上文所提到的，燧原科技要在2.0時代大力發(fā)展的部分之一。
因此，燧原科技正在積極與全產業(yè)鏈的伙伴達成合作，聯(lián)合伙伴孵化行業(yè)解決方案，深度參與AI產業(yè)聯(lián)盟;積極建立生態(tài)，聯(lián)合建立高校聯(lián)合實驗室;并開放底層能力，賦能定制開發(fā)，深度參與社區(qū)，貢獻測評標準。
在算力即是生產力的今天，業(yè)界對普惠算力的需求日益高漲。在這種市場需求之下，在云端訓練芯片這片藍海當中，既是挑戰(zhàn)又是機會，而燧原科技的成長也為國內云端AI芯片的商業(yè)化發(fā)展提供了選擇。