首发全新类别AI芯片量产，清微的可重构芯片将成市场主流？

清微智能的首款可重构计算架构AI芯片量产，这种被称为全新类别的AI芯片的技术独特性在哪?

文 | 包永刚

AI的浪潮让科技巨头们也纷纷布局AI芯片，也让芯片领域再现多年未见的创业热潮。不过，摩尔定律的放缓以及经典的冯诺依曼架构瓶颈让AI芯片的进一步提升面临挑战，这也在很大程度影响AI的发展和落地。因此，AI芯片架构的创新对于AI发展意义重大。

本月，清微智能的首款可重构计算架构AI芯片量产，这种被称为全新类别的AI芯片的技术独特性在哪?以清微产品为代表的数据流驱动芯片能否成为AI芯片市场的主流?

可重构芯片为什么是全新类别?

可重构的概念早在20世纪60年代就被提出，但经过半个多世纪才终于获得突破。据悉，可重构芯片最早的技术源头可追溯到20世纪80年代末诞生的高层次综合理论和方法。2006年，意识到可重构计算架构对于提升芯片算力、降低功耗的巨大优势，魏少军教授牵头成立了清华大学可重构计算研究团队。成立至今的十多年，魏少军教授一直带领的团队进行可重构计算的研发。

魏少军教授此前接受雷锋网采访时表示，可重构计算架构芯片不属于CPU、GPU、FPGA、ASIC，它是全新类别芯片。

但是，由于可重构芯片具备软件、硬件双编程的特性，无论是在国内还是国外，可重构芯片很多时候被误解成FPGA。

魏少军近日撰文详细介绍了可重构芯片的技术原理，他以软件和硬件的可编程性两个轴构建坐标图说明了可重构芯片的独特性。第一象限可以归纳为动态可重构的芯片，有时称为RCP(Reconfigurable Computing Processor,可重构计算处理器)或CGRA(Coarse grained Reconfigurable Architecture，粗粒度可重构架构)等，其特点是软件硬件都可以编程、混合粒度、芯片的硬件功能随软件的变化而变化，应用改变软件、软件再改变硬件。

而且它与CPU等处理器有很多类似的地方，开发者不需要底层芯片设计知识。这类芯片与ASIC一样，具备很好的能量效率和计算效率等。显然，这种芯片的属性分类与以前不同，不可以将其与FPGA等混为一谈。

动态可重构芯片的属性分类

可重构计算架构的优势

清微创始人CEO王博接受雷锋网采访时更具体地解释了这一架构以及相比其他传统芯片的优势。他表示，CGRA计算架构通过空域硬件结构组织不同粒度和不同功能的计算资源，通过硬件运行时配置，调整硬件功能，根据数据流的特点，让功能配置好的硬件资源互连形成相对固定的计算通路，从而以接近ldquo;专用电路rdquo;的方式进行数据驱动下的计算。

可重构阵列在不同时刻可以配置成为不同的功能，进而进行数据驱动的ASIC计算

当算法和应用变换时，再次通过配置，使硬件重构为不同的计算通路去执行。

可重构阵列的PE在不同时刻可以配置成为不同的功能

王博进一步表示，CGRA最大的优势体现在两方面，一是没有传统指令驱动的计算架构取指和译码操作的延时和能耗开销，二是在计算过程中以接近ldquo;专用电路rdquo;的方式执行。对比来看，CGRA的计算能效平均可达CPU计算架构的1000倍以上、是GPU计算架构的100~1000倍、是FPGA计算架构的100倍以上，相比NPU能够有10倍以上的性能提升，CGRA基于配置方式执行，执行效率可以和ASIC相当，但是灵活性远远好于ASIC。

此外，CGRA架构算力可以弹性扩展，适用于从云端到边缘端对高能效和灵活性有综合要求的场景。

可重构架构优势突出为何今年才量产?

到了2018年7月，北京清微智能科技有限公司在在北京中关村注册成立，基于十多年的技术积累，200多项技术专利，清微智能在不到一年的时间就成功量产了首款可重构芯片TX210，这款语音SoC芯片可以应用于智能手机、可穿戴智能设备、小家电、大家电、玩具、车载等场景。

从2006年清华大学可重构计算研究团队开始研究，到2015年AI芯片创业热潮开启，为何可重构架构的商用等到了2018年清微智能的成立?王博表示：ldquo;我之前一直在做智能硬件相关的产品，2017年，我当时所在公司为一款人脸识别智能门锁寻找芯片时，发现市场上根本找不到特别合适的产品，其实当时心里就存下了一个想法mdash;mdash;为什么市面上会没有好用的芯片，困难在什么地方?因为跟清华大学微电子学研究所的尹首一教授也是旧相识，后来藉由种种机会，有过几次比较深入的沟通，也了解到他们所研究的这项技术对于芯片产业的意义研究AI芯片，当初的那个想法逐渐成型，并最终和尹老师他们一起在2018年成立清微智能。希望借助清华大学这支团队十多年的技术积累，结合我在AI领域的商业落地的经验，将可重构计算芯片商业化。rdquo;

显然，可重构架构芯片的商用化背后很重要的推动力就是众多电池供电的智能设备对低功耗AI芯片的需求。仅看智能音箱市场，根据市场研究公司Strategy Analytics发布的报告，2018年第四季度植入AI的智能音箱出货量从第三季度的2260万台增长到3850万台，增幅达95%，超过整个2017年的出货总量。报告还预测，2019年全球AIoT市场规模为51亿美元，到2024年，这一数字将增长至162亿美元，复合年增长率为26.0%。

王博顺势从AI芯片的需求方转变提供方，发挥可重构芯片的优势。

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