日前，中金公司發(fā)布《云計算開啟國產(chǎn)CPU和AI芯片的騰飛之路》報告，指出未來五年計算芯片國產(chǎn)化市場空間超過500億美元，進口替代空間進一步打開。當(dāng)前國產(chǎn)CPU主要有三條進口替代路徑，其中RISC-V作為較新的精簡指令集，適用于物聯(lián)網(wǎng)等分散化應(yīng)用。

中金公司在報告中稱，嘉楠已經(jīng)成為當(dāng)前主要的國產(chǎn)AI芯片企業(yè)。作為國內(nèi)RISC-V架構(gòu)的領(lǐng)軍企業(yè)之一，嘉楠自主研發(fā)的邊緣AI芯片K210已落地智能能耗、智能園區(qū)等領(lǐng)域，并在輔助駕駛、智慧零售等場景具備廣闊的應(yīng)用潛能。中金公司稱，指令集架構(gòu)是芯片設(shè)計的底層技術(shù)之一，目前主要分為以桌面級服務(wù)見長的x86，風(fēng)靡于移動互聯(lián)時代的Arm，以及崛起中的RISC-V三條主流路徑。

x86架構(gòu)源起于1978年，隨著英特爾微處理器8086的發(fā)布正式進入市場。作為發(fā)展了40多年的指令集架構(gòu)，x86定義了芯片的基本使用規(guī)則，也為其后續(xù)所有產(chǎn)品線的迭代奠定了架構(gòu)基礎(chǔ)。在桌面級服務(wù)時代，x86與Windows的聯(lián)盟幾乎壟斷了90%左右的市場，生態(tài)建設(shè)最為成熟。

中金公司認為，雖然短期內(nèi)X86是國產(chǎn)CPU替代落地相對順利的路徑，但國產(chǎn)CPU若采用X86架構(gòu)進行進口替代，需要通過與海外擁有授權(quán)的企業(yè)建立合資公司來使用X86授權(quán)生產(chǎn)芯片。由于x86架構(gòu)高度的封閉性，國內(nèi)廠商的話語權(quán)普遍偏弱。

相比于x86，ARM架構(gòu)具有高并發(fā)、高集成和低功耗優(yōu)勢，在移動設(shè)備領(lǐng)域處于壟斷地位。中金公司認為，ARM 架構(gòu)芯片成熟，但軟件生態(tài)有待培育。從長期看，ARM和RISC-V 同為不斷更新且持續(xù)迭代的精簡指令集，適應(yīng)未來服務(wù)多核心、高并發(fā)和低功耗的計算應(yīng)用場景。其中，RISC-V 架構(gòu)開源且自由使用，相關(guān)國內(nèi)企業(yè)可以持續(xù)地獲得最新的IP，不斷優(yōu)化學(xué)習(xí)曲線加速追趕壟斷廠商。

相比于移動端、PC 等消費終端應(yīng)用，IoT 應(yīng)用場景繁多，對處理器的需求較為碎片化，同 時對功耗有著較高要求。中金公司認為，兼具精簡和靈活的 RISC-V 架構(gòu)，滿足IoT對處理器的需求，能夠從 IoT 市場切入并不斷擴大市場份額。隨著基金會成員的快速增長，配套軟件工具等生態(tài)環(huán)境不斷完善，RISC-V 已經(jīng)開始加速落地。

公開資料顯示，RISC-V于2010年加州大學(xué)伯克利分校研發(fā)，項目成立之初即是為了規(guī)避x86知識產(chǎn)權(quán)以及ARM高昂授權(quán)費用的弊端。作為精簡指令集，RISC-V沒有歷史包袱，具備輕量化、模塊化和較強的可擴展性。更為關(guān)鍵的是，該架構(gòu)基于免費開源理念，從其總部遷往中立國瑞士就可見一斑。

該架構(gòu)崛起的另一個時代背景是AI與IoT技術(shù)的交叉應(yīng)用，以及工作負載向多終端遷移的趨勢。由于支持40條基本指令，其余指令按需擴展的特性，RISC-V不僅降低了學(xué)習(xí)門檻，而且非常適合定制化開發(fā)，同時兼顧了設(shè)備端對功耗的限制。

在當(dāng)前的國產(chǎn)替代熱潮中，RISC-V正成為國內(nèi)芯片廠商直線超車的機遇。無論是嘉楠早在2018年就發(fā)布的邊緣AI芯片K210，阿里平頭哥高調(diào)公布的玄鐵910，還是近期華米科技推出的可穿戴設(shè)備AI芯片“黃山二號”，都在逐步拓展該架構(gòu)在AIoT市場的應(yīng)用空間。這也顯示了其支持國內(nèi)廠商擺脫核心技術(shù)限制，自研核心IP并發(fā)展國產(chǎn)替代芯片的潛能。

在報告中，中金公司將邊緣AI分為手機、安防、車載和IoT四大領(lǐng)域。其中，AIoT芯片需求量較大，但市場差異化明顯。在該領(lǐng)域，由于芯片部署在設(shè)備端，直接面向應(yīng)用場景需求，其研發(fā)更強調(diào)對實際業(yè)務(wù)場景的深度理解，這也正是本土新一代芯片公司崛起的機遇。

嘉楠是國內(nèi)較早基于RISC-V進行AIoT芯片研發(fā)的企業(yè)之一。2016年，公司正式啟動AI芯片研發(fā)項目，并在2018年發(fā)布了首款RISC-V架構(gòu)的自主知識產(chǎn)權(quán)商用邊緣AI芯片K210。區(qū)別于自動駕駛或語音識別單一領(lǐng)域的廠商，嘉楠研發(fā)的K210作為一款SoC，集成了視覺神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)加速器KPU和音頻處理單元APU，具有較強的是國內(nèi)為數(shù)不多保持較強通用性的邊緣AI芯片。

在功耗設(shè)計上，嘉楠在芯片研發(fā)初始階段就面向業(yè)務(wù)場景。例如在智能能耗領(lǐng)域，搭載AI芯片的智能抄表模塊由于部署場景的限制，不宜進行頻繁地拆卸更換，因此需要較長的使用周期，類似的場景還有智能門鎖、人臉閘機等設(shè)備。為了適配邊緣側(cè)對功耗的限制，K210的功耗僅為0.3W左右，搭載攝像頭等外設(shè)的典型功耗小于1W，充分適配大多數(shù)邊緣側(cè)場景需求。

在功能設(shè)計上，K210在主頻400MHz下算力達到1TOPS，其中16位定點乘法算力為0.3TOPS。其核心在于嘉楠完全自主研發(fā)的KPU，專用于處理包括圖像識別、物體分類、人臉檢測、活體檢測和人臉識別等視覺處理任務(wù)。人臉檢測場景中，640*480分辨率下的刷新率為60fps。

通過根據(jù)場景需求規(guī)劃算力和功耗，基于K210的無感門禁和智能抄表產(chǎn)品均實現(xiàn)了部署落地，特別是其研發(fā)的智能抄表系統(tǒng)，在國內(nèi)最大棚戶改造區(qū)——貴州花果園社區(qū)中投入大規(guī)模部署商用。

疫情期間，嘉楠基于自主研發(fā)的活體檢測和戴口罩人臉識別模型，對其人臉門禁產(chǎn)品線進行迭代優(yōu)化，發(fā)布了基于K210的智能門禁考勤機。同時還整合了智能考勤系統(tǒng)輔助人力資源管理?？傮w來說，嘉楠的AI產(chǎn)品在智能門鎖、無感門禁和考勤、智慧能耗管理、智能工業(yè)等方面有了快速發(fā)展。

目前，嘉楠正積極推進二代AI芯片K510的研發(fā)，大幅優(yōu)化原有的架構(gòu)設(shè)計，并且在算力上得到倍數(shù)提升，應(yīng)用場景也將在智能駕駛、智慧零售等領(lǐng)域得到拓展。

fqj