2019中國AI芯片行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及行業(yè)前景分析

AI芯片行業(yè)剛處于起步階段，市場增長快速。傳統(tǒng)芯片行業(yè)已是成熟行業(yè)，傳統(tǒng)芯片設(shè)計和晶圓制造封測都是技術(shù)壁壘嚴(yán)重，市場增長較為緩慢的情況，而人工智能行業(yè)正處于初創(chuàng)成長期，部分AI產(chǎn)品已經(jīng)可以落地，且持續(xù)優(yōu)化中，算法逐漸趨向穩(wěn)定。

一、AI芯片定義與主要類型

當(dāng)前AI芯片設(shè)計方案眾多，廣義上所有面向人工智能應(yīng)用的芯片都可被稱為AI芯片。AI運算以”深度學(xué)習(xí)”為代表的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，系統(tǒng)需能高效處理大量非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)(文本、視頻、圖像、語音等)，所以硬件需有高效運算能力。執(zhí)行人工智能任務(wù)的AI芯片主要可分成四種架構(gòu)，若依人工智能系統(tǒng)開發(fā)的角度說，可再區(qū)分成兩種類別，第一類為CPU和GPU，稱作軟件配合硬件;第二類為FPGA和ASIC，稱作硬件配合軟件。

根據(jù)應(yīng)用場景可分為服務(wù)器端(云端)芯片和終端(邊緣端)芯片。在深度學(xué)習(xí)的訓(xùn)練階段，由于數(shù)據(jù)量及運算量極度龐大，單一處理器無法獨立完成一個模型的訓(xùn)練過程，所以負(fù)責(zé)AI算法的芯片采用的是高性能計算技術(shù)，一面要支持盡可能多的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)以保證算法的正確率和泛化能力，另一方面也必須支持浮點數(shù)運算，同時為了能提升性能還必須支持陣列式結(jié)構(gòu)，執(zhí)行加速運算。在推斷階段，由于訓(xùn)練出來的深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型仍非常復(fù)雜，推斷過程仍屬計算密集型和存儲密集型，可選擇部署在服務(wù)器端。

邊緣端與服務(wù)器端AI芯片兩者在設(shè)計思路上具本質(zhì)差異，邊緣端AI芯片必須保證很高的計算能效，在高級輔助駕駛ADAS等設(shè)備對實時性要求即高的應(yīng)用領(lǐng)域上，推斷過程必須在設(shè)備本身完成，因此要求移動端設(shè)備具備足夠的推斷能力，而部份應(yīng)用場合會要求邊緣端芯片具備低功耗、低延遲、低成本等要求，導(dǎo)致邊緣端AI芯片產(chǎn)品呈現(xiàn)多種多樣的風(fēng)貌。

二、全球人工智能芯片市場規(guī)模

人工智能與區(qū)塊鏈的發(fā)展帶來特殊應(yīng)用芯片高速成長，人工智能芯片的發(fā)展路徑經(jīng)歷了從通用走向?qū)Ｓ?，根?jù)中國物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展年度報告顯示，2016年全球人工智能芯片市場市場規(guī)模達到24億美元，預(yù)計到2020年將達到146億美元，增長迅猛，發(fā)展空間巨大。

細(xì)分領(lǐng)域的市場預(yù)測上，可從中金公司研究數(shù)據(jù)作觀察，2017年整體AI芯片市場規(guī)模達到62.7億美元，其中云端訓(xùn)練AI芯片20.2億美元，云端推理芯片3.4億美元，邊緣計算AI芯片39.1億美元;到2022年，整體AI芯片市場規(guī)模將會達到596.2億美元，CAGR57%，其中云端訓(xùn)練AI芯片172.1億美元，CAGR53.5%，云端推斷芯片71.9億美元，CAGR 84.1%，邊緣計算AI芯片352.2億美元，CAGR55.2%。

三、AI芯片行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈與商業(yè)模式

在AI芯片行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈與商業(yè)模式上，AI芯片雖然是新興領(lǐng)域，但市場上強敵環(huán)伺，上下游產(chǎn)業(yè)鏈間的整合布局早已開始。半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈長，具有資本和技術(shù)壁壘雙高的特點。上游主要是芯片設(shè)計，按照商業(yè)模式，可再細(xì)分成IP設(shè)計、芯片設(shè)計代工和芯片設(shè)計三種模式。中游則包含晶圓制造和封裝測試兩大類，產(chǎn)業(yè)鏈的下游分成銷售和系統(tǒng)集成企業(yè)，包括提供軟硬件集成解決方案的人工智能解決方案商就被歸屬在系統(tǒng)集成商。

半導(dǎo)體整體商業(yè)模式主要分兩種，首先為垂直集成模式(IDM)，該模式的企業(yè)業(yè)務(wù)需包含設(shè)計和制造/封測，IDM模式的代表性企業(yè)是英特爾和三星。第二種為垂直分工模式，采取分工模式的企業(yè)僅只專營一項業(yè)務(wù)，像是英偉達和華為海思僅有芯片設(shè)計，又稱為fabless，而臺積電和中芯國際僅代工制造業(yè)務(wù)，稱作foundry。

芯片設(shè)計的商業(yè)模式有IP設(shè)計、芯片設(shè)計代工和芯片設(shè)計三種，大部分的人工智能新創(chuàng)企業(yè)是以芯片設(shè)計領(lǐng)域為主，但在這領(lǐng)域存在許多傳統(tǒng)芯片行業(yè)龍頭，像是英偉達、英特爾、賽靈思和恩智浦，因此只有少數(shù)AI芯片設(shè)計業(yè)者會進入傳統(tǒng)芯片企業(yè)的產(chǎn)品領(lǐng)域與之競爭，包括寒武紀(jì)與英偉達競爭服務(wù)器芯片市場，而地平線與英偉達及恩智浦競爭自動駕駛芯片市場。

四、中國AI芯片行業(yè)政策環(huán)境

國務(wù)院在2015年7月提出以”互聯(lián)網(wǎng)+”為核心的產(chǎn)業(yè)橫向連接升級指導(dǎo)意見，接著在2016年4月發(fā)布《機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》中，人工智能逐漸成為政策發(fā)展的核心項目，2017年7月提出的《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》分別制定2020年、2025年、2030年三階段的戰(zhàn)略目標(biāo)，其中第一階段的《促進新一代人工智能產(chǎn)業(yè)發(fā)展三年行動計劃(2018-2020年)》，將重點扶持神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)芯片，冀望AI芯片量產(chǎn)且規(guī)?；瘧?yīng)用。

五、全球AI芯片廠商競爭格局

國內(nèi)外AI晶片廠商概覽，AI 晶片領(lǐng)域參與者包括傳統(tǒng)晶片設(shè)計、IT廠商、技術(shù)公司、網(wǎng)路以及初創(chuàng)企業(yè)等，產(chǎn)品覆蓋了CPU、GPU、FPGA、ASIC 等。市調(diào)機構(gòu)Compass Intelligence 2018年所發(fā)布的AI Chipset Index TOP24榜單中，前十名依然是歐美韓日企業(yè)，國內(nèi)晶片企業(yè)如華為海思、聯(lián)發(fā)科、Imagination(2017年被中國資本收購)、寒武紀(jì)、地平線等企業(yè)皆進入該榜單，其中華為海思排12位，寒武紀(jì)排23位，地平線機器人排24位。

晶片設(shè)計企業(yè)依然是當(dāng)前AI芯片市場的主要力量，主要廠商包括英偉達、英特爾、AMD、高通、三星、恩智浦、博通、華為海思、聯(lián)發(fā)科、Marvell、賽靈思等，還包括不直接參與晶片設(shè)計，只做晶片 IP 授權(quán)的 ARM 公司。

六、中國主要新創(chuàng)AI芯片廠商融資狀況

下表列出中國主要新創(chuàng)AI芯片廠商融資狀況，同屬B輪的地平線和寒武紀(jì)皆為獨角獸企業(yè)，估值分別為25億美元和30億美元。企業(yè)并購案中，2018年7月全球FPGA龍頭賽靈思收購國內(nèi)AI芯片設(shè)計廠商深鑒科技，標(biāo)志著AI芯片行業(yè)提高估值的資源爭奪戰(zhàn)正式開打。雙方聯(lián)手不僅為全球客戶提供領(lǐng)先的機器學(xué)習(xí)解決方案，深鑒科技也不必獨自承擔(dān)高昂的芯片設(shè)計與研發(fā)費用，芯片從開發(fā)到成品的IP核授權(quán)、開發(fā)軟件、流片、芯片制造/封測等費用是無可避免的開發(fā)成本，而賽靈思也獲得與英偉達、英特爾、谷歌等巨頭在AI芯片領(lǐng)域競爭的籌碼，實現(xiàn)雙贏。

七、中國AI芯片行業(yè)發(fā)展趨勢

AI芯片企業(yè)的主要落地市場包括云端(含邊緣端)服務(wù)器、智慧型手機移動終端、物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備、自動駕駛等應(yīng)用場景，這些市場都是千萬量級出貨量或百億美元銷售額，市場相當(dāng)龐大。當(dāng)前海外和國內(nèi)的科技巨頭和創(chuàng)業(yè)公司，已有一批企業(yè)在產(chǎn)品研發(fā)和市場推廣上作出一定成績，如Nvidia、AMD、IBM、Intel及高通等傳統(tǒng)的芯片老牌企業(yè)，也有如蘋果、Google、亞馬遜、華為、阿里巴巴、百度等互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)，逐漸興起的新貴如中科寒武紀(jì)、地平線等，產(chǎn)品在云端、自動駕駛、智慧安防、移動互聯(lián)網(wǎng)等場景中都獲得較突出的應(yīng)用。

AI芯片行業(yè)剛處于起步階段，市場增長快速，芯片企業(yè)和客戶的合作模式仍在探索中。同時AI芯片行業(yè)也存在著泡沫，市場期待有技術(shù)實力和業(yè)績的企業(yè)發(fā)展，國內(nèi)在高精尖半導(dǎo)體領(lǐng)域發(fā)展落后背景下，近兩年集中出現(xiàn)了大量AI芯片行業(yè)企業(yè)，證明資本和行業(yè)從業(yè)人員對AI芯片未來應(yīng)用前景表示認(rèn)可，另一面也說明AI芯片的技術(shù)門檻并沒有CPU高，或者說低端AI芯片產(chǎn)品技術(shù)門檻并不高。但需注意的是芯片研發(fā)、制造成本高昂，對資金需求極大，也是此行業(yè)特點。預(yù)計在未來2年內(nèi)，隨著各廠商首批AI芯片產(chǎn)品面市，市場將會對各廠商的產(chǎn)品和技術(shù)進行檢驗，技術(shù)不足、產(chǎn)品缺乏競爭力的團隊在缺乏后續(xù)訂單和盈利支撐下將會陸續(xù)退出市場，能存活下來的企業(yè)應(yīng)該只有獲得市場認(rèn)可，技術(shù)堅強的團隊。

關(guān)鍵詞： 中國AI芯片行業(yè)