传统人工智能的应用场景中,数据常常是先上传到云端再将控制指令返回终端。然而5G和AI的技术交汇发展带来了物联网应用的蓬勃发展,在新的物联网应用场景,比如自动驾驶、智能家居、强交互型机器人等应用中,端-管-云-管-端的数据流通方式传输方式意味着数据传输延时、处理效率不高,还存在被劫持的安全风险,并不能被接受。
于是当前很多物联网终端应用都在研发实现“边缘计算”——在移动终端实现数据处理或者将大量数据筛选,初步整理后再将小部分数据传输到云平台,最终实现终端数据的快速处理。
“边缘计算”的实现方式,主要有 FPGA派和ASIC派。
5G+AI下的ASIC和FPGA
简单来说FPGA是一块通用可编程逻辑芯片,可以DIY编程实现各种各样的数字电路;ASIC是专用数字芯片,设计好数字电路后,流片生成出来的是不可以更改的芯片。前者的特点在于可重构定义芯片功能,灵活性强;后者的专用性强,一般是针对某一特定应用定制开发。
图:FPGA和ASIC的对比图
两种芯片都是随着半导体工艺发展和物联网使用应用需求而来,从几十纳米到现在的7纳米制程,性能都在不断提升。
应用方向差异却逐渐明显:FPGA在上市速度、一次性测试成本、配置性上表现突出;而ASIC在运算性能、量产成本上远胜于FPGA。
FPGA发展在先,目前仍是主流应用,当5G和AI技术发展处于早期起步期,FPGA为它们的快速技术调整提供了良好的弹性度。
随着技术的不断发展,5G正式商用,相关协议将逐步标准。此时,所需要传输的数据规格变得庞大,AI架构需要处理的数据也日益复杂,不管是设备端还是数据中心,运算要求的提高对FPGA提出了更高的处理速度挑战;高速的数据处理伴随而来的还有高耗能。为了解决FPGA在这两方面的不足,ASIC逐渐被引入。
FPGA“开杠”ASIC?
在大型的数据应用场景下,ASIC芯片有着天然竞争力。最典型的例子是谷歌。为了满足日益增长的运算量需求,谷歌从2013年开始研究设计一系列定制ASIC芯片,这些定制ASIC芯片被谷歌称为“TPU”。
在“人机对决”的围棋赛中打败名将李世乭和柯杰、以算力闻名业界的阿尔法狗,就是采用了谷歌的TPU系列芯片。现在,谷歌的TPU已经做到第三代,正在着手第四代研发。
科技本就是不断研发为未来生活提供技术服务行业,关于谁是趋势的讨论也就自然而然就展开了。
FPGA“开杠”ASIC的话,谁的得票会更高呢?其实就现阶段而言,与其说两者是竞争关系,不如说是合作。
以5G中两者的应用为例,布局ASIC设计已经8年的联发科副总经理徐敬全向芯师爷透露:
“5G基站受户外环境限制,散热要求高,换而言之,芯片的效能要提高很多。为达到这一需求,当5G基站某一通信协议确定时候,这部分原来用FPGA设计的芯片就会考虑用ASIC设计替代。
但这并不意味着ASIC芯片要完全替代FPGA。5G的技术远不到完全可固定阶段,为兼顾效能跟技术调整弹性度,可灵活调整的FPGA在系统中一定会有一席之地。ASIC和FPGA在很长的一段时间内会协同发展。当前比较谁的潜力更大还有些为时过早。”
更何况,如果只拿ASIC的长处来对比FPGA也是耍流氓,ASIC芯片的挑战也并不小。
ASIC的挑战与未来
首先ASIC芯片开发周期长。在芯片开发上,ASIC芯片至少需要花费一年,系统开发可能还要再半年,再到应用ASIC芯片的终端产品上市中间可能花费了1.5年到2年的时间。周期长意味着投入极高,动辄数千万的投入在ASIC芯片领域算合理。
其次ASIC芯片对IP技术要求高。ASIC的服务涵盖有线与无线通信、超高性能计算,到以电池供电的物联网、本地连接、个人多媒体,以及高级传感器和射频,范围极广,需要丰富的技术IP支持。这样一来,想要做ASIC设计的企业在IP领域积累的技术要更完整。
先进制程问题也是ASIC芯片需要考虑的。ASIC为复杂数据处理而生,对数据计算速度要求高,最先进的制程才更能发挥ASIC芯片最大效能。撇开其他不谈,能做到7nm制程的企业不多。
最后在实际生产中,IC设计的流程与方法、品质管控也是不可避免要解决问题。如前文所说,ASIC设计需要大量IP支持,如何将这些IP集成到IC上,成品能通过最终检测,应用到终端,也是个相当有门槛的技术活。
当然也有企业都符合这些条件,能迎接ASIC设计带来的挑战。
联发科深耕智能终端多年,有足够的资金和丰富的IP积累;在ASIC芯片服务上已经能提供7nm制程112G远程SerDes IP;基于晶圆代工、封装测试、品控管理层层把关,累计稳定质量的芯片年出货量已达15亿。
联发科在ASIC上有独特的优势似乎也让ASIC的发展得到了合理的解释:当行业技术发展累积到一定阶段,各项不同的技术交汇,顺应新的市场应用,新的技术自然而然就会滋生出来,慢慢得到发展。
ASIC芯片具备它独特的生命力,关于它的未来,芯师爷想引用联发科副总经理徐敬全在阐述ASIC芯片对联发科整体业务意义来说明——徐敬全不久前在向媒体介绍联发科ASIC服务时表示:“联发科过去是做手机、平板等标准芯片,近年来进入ASIC芯片领域,它的特色是由用户特定。这类用户通常是某一领域领导企业,需求长期而稳定。联发科需要很多快速、大量成长的东西,可是也需要有一些相对稳定成长的东西。”
毫无疑问,ASIC芯片是后者。
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