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美媒文章评述中国利用人工智能推动芯片业发展

《台港澳文摘》2019年第5期  来源:《参考资料》2019.4.9   时间:2019/6/10   


 

美国《麻省理工学院技术评论》网站20181214日发表该杂志高级编辑威尔·奈特的一篇文章,题为《中国从来没有真正的芯片业。制造人工智能芯片会改变这一局面》,摘要如下:

(原文摘要:几十年来,中国一直在努力打造具有竞争力的半导体行业。不过,在制造专用的人工智能芯片方面,它取得了领先。)

这发生在距离北京约一小时车程的天津市,在属于中国迅速崛起的人工智能公司——科大讯飞熠熠生辉的办公楼里。在一间富丽堂皇的展厅内,美国总统出现在一块巨大的电视屏幕上,对这家中国公司大加褒奖。的确是特朗普的声音和面孔,不过这段录像当然是假的——这是在肆无忌惮地展示科大讯飞正在研发的尖端人工智能技术。

江涛笑出了声,然后带领大家继续参观科大讯飞的其他技术产品。在整个参观过程中,作为公司创始人之一的江涛使用了另一项非凡的创新技术:一种几乎能够立即将他说的话从普通话翻译成英语的手持设备。有一次,他对着机器说话,当机器翻译出Ifindthatmydevicesolvesthecommunicationproblem(我发现我的设备解决了沟通问题)”时,他笑了。

科大讯飞的翻译机所展现的人工智能能力可以媲美世界上其他任何地方生产的此类设备。不过它也凸显了中国在2017年公布的要在2030年之前成为世界人工智能领域领头羊计划所存在的一个重大漏洞。这种设备内置的算法是由科大讯飞公司研发的,但硬件——赋予算法生命力的微芯片——是由其他地方设计并生产的。虽然中国制造了世界上大多数电子产品,但一再出现的局面是,它并未掌握生产这些复杂程度令人难以置信的微型硅结构的诀窍。对外国集成电路的依赖可能会严重制约它在人工智能领域的雄心。

不过,人工智能本身可能会改变这一切。为了充分利用在人工智能领域取得的进步,新型芯片正应运而生,通过训练和运行深度神经网络来完成语音识别和图像处理等任务。这些芯片处理数据的方式与几十年来定义尖端硬件的硅逻辑电路完全不同。这意味着多年来微芯片首次改头换面。

对于这种新型芯片,中国不会像几十年来它在传统芯片上所采取的做法那样,努力去追赶竞争对手。相反,它目前在人工智能领域有着自己的长处,在获取训练人工智能算法所需的大量数据方面具有得天独厚的条件,这可能会让它在设计运行最优化的芯片方面存在优势。

中国在芯片领域的野心也会产生地缘政治上的影响。先进的芯片是新型武器系统、更好的加密技术和更强大的超级计算机的关键。它们也是美中不断加剧的贸易紧张关系的核心。成功的芯片产业会提高中国的经济竞争力和独立性。在美中两国的许多人士看来,国家实力和安全都面临着危险。

关于硅的设想

在武汉市郊,有一座相当于好几个足球场大小的工厂。该工厂属于国家支持的微芯片制造商——清华紫光集团。到2019年底,这家工厂将生产硅晶片,然后切割成先进的存储芯片。

清华紫光的目标是将武汉这处工厂的规模扩大到目前的3倍,总成本达到240亿美元。它正在建设类似的两处设施,一个位于南京,另一个位于成都。它们将是中国企业建设的有史以来最大、最尖端的芯片工厂。

这都是中国为推动芯片制造业的发展所做的努力。2014年,政府设立了国家集成电路产业投资基金,按照规划,该补贴计划将从地方政府支持的基金和国有企业那里筹集1800亿美元。一年后,它发布了《中国制造2025》,这项涵盖广泛的规划旨在实现中国整个制造行业的升级。该文件制定了雄心勃勃的目标,到2030年时每年要生产价值3050亿美元的芯片,满足国内80%的芯片需求,相比之下,2016年时,这两个数字分别为650亿美元和33%。目前,全球芯片生产的总规模为4120亿美元。

未来还有很长的路要走。中国是世界上最大、增速最快的半导体市场,不过没有一家中国芯片制造商跻身全球芯片销量前15名的行列。先进芯片主要产自美国、台湾地区、日本、韩国和西欧的企业。中国在经济领域最大的竞争对手——美国在全球芯片销售额中占到了大约一半的份额,此外,中国进口的半数芯片来自于美国。

长期以来,中国政府一直在努力打造力量雄厚的微芯片产业。上世纪50年代末,在美国发明了晶体管不久后,中国研究人员研制出了国内第一个晶体管。不过,由于大学和企业经历了文化大革命的动荡,中国在这一领域变得落后。20世纪60年代,随着半导体行业在硅谷的兴起和摩尔定律的公布,中国羽翼未丰的芯片产业百废待兴。

20世纪80年代中国经济对外开放时,一切为时已晚。中国的芯片制造商与外国企业建立了合作关系,但它们进口的制造设备迅速过时,甚至无法生产出质量可靠并且数量够用的基本芯片。当中国的电子产品制造业在20世纪90年代开始起飞的时候,优质进口芯片唾手可得等因素让中国没有进一步去推动这一行业的发展。没有哪家中国公司能够媲美英特尔、三星和台积电等企业数十年来所积累的专业技能。

伯恩斯坦研究公司追踪亚洲芯片行业发展情况的分析师马克·李估计,目前,中国最先进的芯片制造商至少还落后5年时间。由于摩尔定律认为芯片性能每两年左右就会提高一倍,这意味着相当大的差距。中国的确有不计其数的低端工厂在生产用于智能卡、SIM卡甚至是基础款手机的相对简单的芯片,但没有生产先进处理器所需的那种工厂。

为什么中国在其他许多领域都已经变得如此优秀的情况下仍然难以制造出先进的芯片?从根本上说,是因为这件事情本身极为困难。最新的芯片有数十亿个晶体管,每个晶体管的尺寸只有几个纳米,单个原子大小。它们非常复杂,不可能像中国企业家对待许多外国产品那样将其拆解并对设计加以复制。即便可以做到这一点,这也无法提供设计和制造下一代芯片所需的专业知识。

中科院先进计算机系统研究中心主任、微处理器设计领域专家包云岗说:“制造芯片涉及成百上千甚至成千上万的技术难题。中国还需要很长时间才能跟上世界先进技术。”

网络效应

人工智能可能会让这场博弈发生改变。

深度学习是一种人工智能技术,近年来的实践证明,它能够做一些有用的事情,比如在医学影像中发现疾病,指导自动驾驶汽车在道路上行驶以及分析口头指令等。它的工作方式与大多数软件有着根本的不同。

深度学习利用的是大致类似于生物体脑部多层神经细胞的庞大网络。在网络学习一项任务时,会有大量的计算活动出现在相互连接的层次中。每次计算的结果都会改变每一层与下一层之间的连接;从本质上讲,网络在运行时对自己进行了重新编程。它识别图像中物体的能力并非像常规编程那样是循序渐进的逻辑操作的结果,而是随着网络中不计其数的参数通过高强度训练进行微调和再次微调来逐渐显现的。

研究人员早就意识到,与通用芯片相比,用在游戏机上的芯片更适合深度学习,这种芯片最初在设计时因为要提供3D影像,所以运行速度更快。目前,深度学习算法仍然通常使用大量此类图形处理器(CPU)进行训练。GPU市场的领头羊之一是英伟达公司,它通过为游戏玩家提供硬件起家。不过现在,英特尔等公司已经设计出了功能强大的新型芯片来进行深度学习训练。就连谷歌和亚马逊的云软件业务也在开发专为它们的最佳算法定制的芯片。

最近一年来,中国宣布了类似的行动计划。去年7月,搜索行业巨头百度公司透露,它正在开发一种名为“昆仑”的芯片,用于在其数据中心运行深度学习算法。9月,电商巨头阿里巴巴集团说,它将成立一家专门生产人工智能芯片的新公司。值得注意的是,这家新公司的名字叫“平头哥”,是“蜜獾”的别称,这种非洲动物以无畏和坚韧著称。

人工智能技术繁荣发展的时机对中国的芯片制造商来说很有利。深度学习领域出现的革命正是在中国政府启动最新的芯片行动之际加速发展的。人工智能芯片在设计上仍处于初期阶段,而在这方面,与存储电路及逻辑电路不同的是,中国并非无可救药地落在后面。

专门的硬件

余凯已经在中国的人工智能革命领域发挥了举足轻重的作用。这个笑眯眯的戴眼镜男人曾在20世纪90年代末、21世纪初在中国和德国的大学里研究神经网络。他在2013年成立了百度深度学习研究院,百度公司也是最早下大力气发展人工智能的企业之一。

余凯说,在百度开始向深度学习领域投入大量资源时,芯片硬件的重要性很快显现出来。他说,2015年,他建议百度打造专门的人工智能芯片。但这似乎成本高昂,而且远远超出了该公司的专业能力范畴。于是,当年晚些时候,余凯离开百度,成立了自己的公司——地平线机器人公司。

地平线公司的重点是“专用于应用程序”的微芯片,这种芯片运行的是训练前的深度学习算法。它正在为自动驾驶汽车和更加智能的机器人研发这种芯片。不过余凯认为,用不了多久,到处都会是这种芯片。他说:“如果我们10年后再回过头来看,会发现设备上一半以上的计算都与人工智能有关。”

去年8月,中国最大的电信与智能手机企业华为公司公布了一款名为“麒麟980”的手机芯片,该芯片包含一个“神经网络处理单元”——专为图像及语音识别等深度学习任务设计的逻辑部分。

从某种意义上讲,该芯片表明了中国在能力上长期存在的局限性——它是由台积电公司制造的。但另一方面,它也反映了中国取得的惊人进步和怀有的野心。这款芯片是中国首批使用7纳米工艺制造的芯片之一。更小的零部件让芯片的运行速度更快、能力更强,但设计和制造的难度也大幅增加,因此这对华为来说是一个重大的成功。优化深度学习那部分芯片的设计来自于一家名叫寒武纪科技的初创企业,该公司是由中科院研究人员在2016年创建的。如今,寒武纪科技的估值达到25亿美元,成为业内最有价值的初创企业。去年10月,华为宣布了名叫“异腾”的另一款人工智能芯片,也是该公司自主设计的。

发展芯片的重任

中国在芯片方面的野心令其他国家尤其是美国感到不安。芯片制造业是军事实力的关键,早在特朗普入主白宫之前,奥巴马政府就想方设法阻止中国获取美国的芯片技术。这是让美国政客能够团结起来的为数不多的事务之一。

20184月,美国禁止中国重要的技术公司之一——中兴公司使用美国芯片,因为该公司违反了一项禁令,即向伊朗和朝鲜出售含有美国技术的设备。去年10月,美国表示,被控窃取商业机密的存储芯片制造商——福建金华公司要获得专门的许可才能购买美国制造的零部件。这些限制举措或许在一定程度上是为了应对知识产权剽窃及不公平贸易,但它们似乎也是为了拖慢中国在芯片制造方面的进步。

不过贸易战可能只会加快中国的崛起。中科院的包云岗说:“中国人意识到美国可以轻而易举地阻止他们取得进步。这样一来,它可能会加快发展的速度。”

中国向先进芯片制造技术的迈进几乎不可阻挡。没有哪个真正的超级大国承受得了把对其经济增长和军事安全如此重要的技术外包出去的后果。在追赶了几十年后,中国终于看到了在这一领域确立优势地位的契机。

在天津,江涛在讲解过程中说,科大讯飞正在考虑设计自己的芯片,从而改进该公司推出的电子翻译机的性能。就在这时,人工智能生成的特朗普说话了,他用中文大声说:“人工智能正在改变世界。”

——摘自《参考资料》2019.4.9



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