AI晶片新機遇 —— ISSCC 2019 人工智慧晶片技術前瞻

矽說發表於2018-12-10

猶抱琵琶半遮面,千呼萬喚始出來。ISSCC 2019的文章列表終於出來了!在ISSCC 2019上,大陸地區的錄取文章繼續高奏凱歌,繼去年的5篇,今年一舉達到9篇,其中多來自高校,包括復旦大學(3篇)、清華大學(2篇)、東南大學、上海交通大學等研究成果。矽說小編也延續傳統趕緊捧著偷偷放出來的program企圖一窺積體電路頂會的大趨勢,為大家的科研添磚加瓦。首先帶來的是人工智慧處理器部分的內容。

在AI大熱的2018年,ISSCC的人工智慧晶片僅僅只有一個session,然而在2019年,除了machine learning的session 7, 還帶了兩個半session:session 14 Machine learning & Digital LDO, 和 session 24 SRAM & Computation-in-Memory,並且一隻腳邁進從來只有Intel/AMD等的超大司才能佔據 最大session 2 Processor (session 1是全場報告Plenary Talk)。

講到 Plenary Talk, ISSCC 2019的第一演講嘉賓是——Yann LeCun! 第二嘉賓也是AI晶片發到手軟的Hoi-Jun Yoo。

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毫不誇張的說,ISSCC 2019中最大的明星就是AI,沒有之一。

從目前的已經發布的ISSCC 2019的文章列表,我們可以看出新一年的AI晶片的三大主旨——

存內計算的競技場

自今年ISSCC上存內計算首次出現後,明年的ISSCC上的存內計算可謂大爆發。所謂存內計算,就是在馮諾依曼瓶頸出現的今天,將處理器和儲存器融合在一起,有效地避免受制於通訊頻寬而導致的系統效能的下降。

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今年的ISSCC後,小編還一度吐槽了一下存內計算(不以非馮為目的AI儲存器都是耍流氓?)。然而歷史的潮流總不會因為某些人的表演而停下。這不,ISSCC 2019首次出現了超過1Mb容量的RRAM存內計算(神馬是RRAM,請點選RAM的前世,今生,與未來),並可以實現多位元的CNN。相比於去年的單位元SRAM為主的設計,可以說該設計才是真正為突破馮諾伊曼瓶頸帶來了曙光。

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另外,本次入圍ISSCC的大陸文章中,有兩篇皆為面向人工智慧應用的存內計算設計,分別是來自清華大學的可變精度超高能效加速器:

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以及來自東南大學與清華大學合作的“三明治”RAM,如果小編沒有猜錯BWN指的是Binary Weight Network, 即weight是2進位制的架構:

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值得指出的是,存內計算不僅出現在machine learning領域,在處理器的其他應用領域被應用了起來,比如圖論(離散數學處理器?)等場合。

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機器人帶來的新機遇

除去存內計算,ISSCC 2019還給AI晶片指了一條新路。縱觀幾個AI晶片session,一個過去不曾出現但是今年開始不斷被重複的詞——Robot/Robotics。在Session 17開篇就是有日本Sony公司帶來的invited talk

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在具體的科研成果展示中,Intel帶來了面向多機器人協同系統中,小型機器人的通用晶片:

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而佐治亞理工帶來了面向群體機器人(swarm robotics)高能效計算計算平臺:

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這裡可以科普一下,群體機器人就是一群機器人。

密西根大學還帶來了一個SLAM (simultaneous localization and mapping,即時定位和地圖構建)處理器。SLAM作為視覺機器人/VR-AR的核心功能,典型使用方式是讓機器人在某個空間內走一走,然後就能構建出空間,如下圖所示。(電影版《盜墓筆記》中,裘德考就是用了幾十個小型無人機,遠端構建了蛇母陵的3D結構,理論上這就是SLAM)。

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傳統的SLAM是依靠ARM+IPU實現,但是隨著與CNN結合,智慧化的SLAM對於處理器的要求不斷提高,GPU已經逐漸進入SLAM的硬體需求。此次出現的即是CNN和SLAM專用結合的模式:

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先定一個小目標,10TOPS還是TOPS/W

除了聚焦新技術之外,唯效能至上的ISSCC也不斷在尋求數字系統上的效能突破。在ISSCC 2019上,若要靠效能可以一展風采,在效能上幾乎都得看齊10TOPS甚至是10TOPS/W的數量級。晶片效能的提升手段可以是令人乍舌的新工藝,或者是善用矩陣的稀疏性等等:

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值得指出的是,其實上述在存內計算或者是智慧機器人晶片中的許多設計都滿足了這個小目標。

最後,要不要在2月的舊金山約一波?

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