黃智杰：沖浪AI中國芯

孫裕

從機頂盒芯片跨界到人工智能芯片，杭州國芯與這些國際大公司競爭有幾成勝算？杭州國芯能否憑借GX8010為中國的人工智能芯片打開一片天空？在跨界的背后杭州國芯又有怎樣的戰略考慮？杭州國芯總經理黃智杰為我們作了全面解讀。

就在中興事件令國人為“缺芯少魂”而扼腕的時刻，2017年10月，杭州國芯在深圳舉辦了一場發布會，發布了其新產品——AI終端芯片GX8010，這是國內首款具有自主知識產權的、搭載NPU的物聯網人工智能芯片。有了這款芯片，相當于給萬物添加了一個語音入口。無論是冰箱、彩電、洗衣機、油煙機、微波爐都將成為“聽話”的家電。只要動動嘴巴，空調會調到你需要的溫度，電動窗簾會自動開合，電機視會調到你想看的頻道，音響會調到適當的音量，智能玩具會聽話地唱歌、跳舞，幫你搜尋資料，甚至與你展開對話。

物聯網+人工智能+芯片，三個當前最熱門的概念加在一起，自然引起業內廣泛關注。人工智能的世界神奇而又充滿想象空間。與此同時，這又是一個高手云集、國際巨頭深度布局、短兵交接的領域。

作為一家本土芯片公司，杭州國芯10多年來一直深耕數字電視芯片和機頂盒芯片。從機頂盒芯片跨界到人工智能芯片，杭州國芯與這些國際大公司競爭有幾成勝算？杭州國芯能否憑借GX8010為中國的人工智能芯片打開一片天空？在跨界的背后杭州國芯又有怎樣的戰略考慮？杭州國芯總經理黃智杰為我們作了全面解讀。

國芯的戰略新抉擇

2000年，浙江省政府提出了實施“一號工程”、建設“天堂硅谷”的號召。2001年，杭州國芯科技應運而生。2018年，浙江省政府又提出了全面實施數字經濟“一號工程”的號召，杭州國芯推出了業內首款量產的人工智能芯片。“這不是巧合，而是一種必然。”黃智杰說。

2000年，數字電機開始大行其道，國家為了推動國產機頂盒芯片的發展，邀集了幾家科研院校的相關專家共同制定數字標準。浙江大學也是制定標準的成員之一。2001年，浙江大學的科研團隊成立了杭州國芯科技有限公司。

“取‘國芯作為企業名稱，是因為當時在中國，我們是最早一批的芯片設計公司。”黃智杰介紹，自成立以來，杭州國芯一直專業從事數字電視及音視頻電子產品的IC芯片設計，并逐漸成為全球主要的機頂盒芯片供應商之一。

機頂盒芯片行業屬于資本密集型、技術密集型、人才密集型兼而有之的行業，發展迅速并競爭激烈，在有線機頂盒芯片市場上，除了芯片的成熟度，應用終端的廣泛性、技術的領先性，以及是否能夠給客戶提供全面的解決方案都是決定芯片廠商市場競爭力的重要因素。黃智杰回憶道，雖然國芯開發的數字電視機頂盒芯片產品線齊全，并已遍布全球。但是，從2016年開始，全球機頂盒芯片市場開始進入長尾的狀態。

“聚焦家庭，成為智慧家庭芯片及解決方案的引領者，這是公司的新定位。”黃智杰表示。2015年左右，國芯提出了新的口號：用“芯”塑造美好生活，而發展的重點領域則是數字電視、家庭多媒體和人工智能。

當前全球正在爆發人工智能產業浪潮，人工智能可能成為下一次工業革命的核心驅動力。人工智能意味著全新的技術變革，算法、硬件、軟件的深度整合，巨大的市場機會和重新起跑的機會。物聯網加人工智能意味著萬億級的市場。這是國芯必須搶抓的戰略機遇。

黃智杰分析，經過17年的發展，國芯已有充足的人才儲備，公司擁有浙江大學博士點、博士后工作站、浙江省重點企業研究院、浙江省企業技術中心，同時也是杭州集成電路設計基地，并先后獲得“國家科學技術進步獎”“浙江省科技進步一等獎”“十年中國芯領軍企業獎”“中國芯最佳市場表現獎和潛質獎”等，被國家發改委授予“國家高技術產業化十年成就獎”，并多次獲得工信部頒發的“信息產業重大技術發明獎”。

“國芯有成熟的芯片設計經驗，完整立體的技術體系，完善的產品規劃和產品管理體系，具備從未來應用場景出發定義芯片產品的能力，有廣泛的客戶渠道和完整的客戶服務體系，能為終端客戶提供完整解決方案，同時具有極致的芯片成本及BOM成本控制能力。”黃智杰說。機頂盒和AI看似兩個完全不相關的領域，但其實，機頂盒芯片負責處理圖像和聲音信號，而圖像和聲音正是當下AI的兩大基礎任務，兩種技術之間有互通之處。因此，國芯開發人工智能芯片可以是說十年磨一劍，是公司新時代發展的必然抉擇。

稟賦超然的GX8010

“國芯于2016年初成立了AI事業部‘BUX，‘BUX中的X，就代表著充滿未知的人工智能應用。”黃智杰介紹，國芯首先從神經網絡處理器（NPU）的開發入手，投入重兵深入研究，不僅研制成功了第一代神經網絡處理器gxNPU，還完成了整體SOC芯片的設計和量產。這款NPU處理器專門為人工智能而定制，100%由杭州國芯自主研發。gxNPU配置了64×64 MAC，支持FP32/FP16/Int8，支持DNN/CNN/LSTM等主流網絡。這與傳統同級CPU相比，在基于LSTM語音識別任務對比測試，結果顯示其計算速度提升了30倍，能效提升了100倍，內存占用僅為過去的十分之一。

“目前在移動終端市場，iPhone X內置了神經網絡處理器（NPU），華為Mate10也搭載了AI芯片，包括寒武紀和深鑒科技也已推出了自研的NPU和指令集。”黃智杰介紹，杭州國芯的物聯網人工智能芯片GX8010，分別是由Arm內核、NPU、語音子模塊、視覺子模塊等構成，采用了多核異構的架構，把CPU、NPC、DSP和MCU都集成在一顆芯片中，使功耗、成本、性能實現最優化和平衡點。

黃智杰進一步介紹，GX8010采用多核異構的架構，可以充分發揮各個核的優勢，使用起來更靈活。國芯還針對性地設計了多電源域和多級喚醒等功能，從而大幅降低功耗。例如，智能音箱在待機中，需要時刻監聽有沒有語音指令，用傳統的CPU去做是很難實現低功耗待機，GX8010多級喚醒在芯片前端設計VAD（Voice Activity Detection）技術，可以根據是否有聲音、是否有人聲、是否是關鍵詞等多個等級來做硬件劃分，逐級喚醒系統，從而大幅降低了功耗。

更重要的是采用GX8010的智能音箱還具備可離線、可移動等特性，即便在不能聯網的環境下，也能賦予離線的人工智能能力，實現幾米開外的交互。以前的人工智能音箱，只能采用傳統CPU在云端做數據處理，而隨著AI的邊緣計算需求的增強，國芯專門設計了神經網絡壓縮引擎NCompressor，利用神經網絡中的數據稀疏特性，可實現6—10倍的壓縮效果，并在前端進行數據計算處理。

為了配合編譯壓縮工具，國芯還發布了全套神經網絡開發SDK，只需要簡單三步，就能完成模型從服務器到芯片的部署。首先，在Tensorflow等平臺訓練，生成模型的網表文件。其次，使用gxNPUC（神經網絡編譯器）進行編譯和壓縮，生成指令bin文件。最后，在芯片上使用gxDNN加速庫，將編譯的模型在芯片本地運行即可。

國芯的這些獨創設計解決了困擾業界的痛點，使其成為一款性能超群、功能強大的人工智能芯片。因此，GX8010一經出現立即受到業界追捧，并迅速實現了量產。

國際化集成開發模式

在芯片行業有一句話：“做芯片，5年是業余者，10年是入門者，15年才有可能獲得成功。”為何國芯能在短短一年多的時間里就開發出如此高水平的人工智能芯片？

“這句話可能有點誤解，一方面，國芯已經做了17年的芯片，積累了豐富的經驗;另一方面，國芯采用了國際化集成的開發模式。”

作為一款物聯網人工智能芯片，實際上，要想真正落地，光有NPU還遠遠不夠。因為，整個AI交互過程非常復雜，除了神經網絡計算，還包括傳感器接入、信號處理、檢測識別，以及軟件層面的決策和反饋等。環節眾多，每一處需要的算法和計算特性都不相同。

比如，在智能語音交互領域，當前語音識別的巨大挑戰就在于前端的語音降噪，為了解決噪聲和有效語音分離問題，業內的通常做法是引入麥克風陣列，利用空間信息進行降噪濾波。但是，多個麥克風的引入的做法首先對硬件上的接口提出了要求，一些傳統芯片沒有這么多接口，只能通過其他器件來擴展。同時多路信號的接入，也使得前端語音處理計算量大增，大家用傳統芯片中CPU軟解已是十分吃力。

為了解決這一問題，國芯在芯片中集成其長期合作伙伴Cadence Tensilica（楷登電子旗下泰思立達公司）的語音DSP Hifi—4。黃智杰介紹，Cadence Tensilica HiFi DSP系列是全球最廣泛使用的音頻/聲音/語音處理器。而這顆DSP Hifi—4則專門為智能語音而設計，可以進行各種語音信號處理計算。此外，GX8010芯片支持8通道麥克風接口，不僅有PDM和I2S數字接口，還內置了8路ADC直接支持模擬麥克風。

在算法方面，國芯則與Rokid（若琪）和思必馳合作，這兩家擁有語音技術的公司為國芯提供算法支持。今后國芯還會選擇更多的語音公司同時介入，因為這樣的話，當一家有人工智能IoT設備需求的公司找到國芯時，能夠根據所需設備類型找到相應的頂層算法。例如對于想做車載語音后視鏡的公司來說，采用國芯的芯片以及思必馳的技術能夠輕松完成產品研發;同樣的，對于想做智能音箱的公司來說，可以選擇國芯的芯片加上Rokid的技術。

與此同時，GX8010芯片還用上了來自中天微的國產CK802處理器。

“芯片研發就應該是多方合作的結果，并不是所有技術都需要自己開發。”黃智杰認為，“在芯片研發上，中國企業必須有自己的核心技術。你有自己的核心技術，又有市場優勢，就不可能出現‘中興通訊現象，如果你只是造個殼，核心技術都需要向別人購買，這樣的企業才會有真正的危機。”

談及人工智能芯片未來的發展，黃智杰介紹，GX8010人工智能芯片采用了TSMC的40納米的工藝，下游客戶已成功開發出應用GX8010的智能音箱、智能玩具和陪護機器人等產品，現在已經進入到量產過程。此外，國芯推出了一款智能語音前端GX8008人工智能芯片，它可以通過USB接插的方式，幫助客戶現有的產品方案，如DTV、智能后視鏡、STB和陪伴機器人，快速實現智能語音識別的前端方案。

國芯物聯網人工智能芯片，有理由值得我們期待！