广告

魏少军:智能化助力半导体产业发展

魏少军:智能化助力半导体产业发展

“人类社会最令人激动的一件事,是进入智能化时代。而智能化将助力中国半导体产业自立自强!”清华大学集成电路学院教授魏少军在“2023中国临港国际半导体大会”上分享道。

11月23日,在上海浦东临港新片区,在由临港新片区管委会、上海市经济信息化委指导,由临港集团主办、临港科投与AspenCore承办的“2023中国临港国际半导体大会”上,清华大学集成电路学院教授魏少军发表了“智能化助力半导体产业发展”主题演讲,探讨智能化时代半导体产业的发展思路。sK3esmc

sK3esmc

人工智能延伸人类的认知能力

现阶段,人类社会正在经历第三轮智能化浪潮。不同于第一轮(上世纪40年代中期开始)主要是通用计算装置出现、电子计算机的诞生,以及第二轮(1990年开始)以日本第五代计算机作为标志、使用手工知识库和规则库做逻辑判断,现如今的第三轮浪潮(2017年开始)主要是机器学习。sK3esmc

魏少军教授认为,第三轮智能化浪潮开始出现本质上的变化,具体表现为“机器在很多方面都已经超越了人类”。比方说:ImageNet项目(图像识别)可以AI用识别2万多种物件,AI语音识别错词率降低到了5.9%,LipNet(自动唇读技术)准确度高达93.4%……sK3esmc

在他看来,前两次的工业革命、信息革命,其实都没有解决“大脑”的问题;而现在正在出现的智能化革命,正是在尝试着解决人类的大脑,也就是延伸人类的认知,对人类的认知能力将是一个巨大的提升。sK3esmc

如果要深入讨论智能化,就不得不回顾一项技术——人工神经网络。sK3esmc

1943年,美国神经生理学家沃伦·麦卡洛克(Warren McCulloch)和数学家沃尔特·皮茨(Walter Pitts)合作,对大脑的神经元进行类比和建模,发明了人工神经网络。麦卡洛克不懂数学,皮茨不懂神经学,两者跨界融合,产生了影响世界的神经网络。他们创建了一个神经原的模型,前面是很多突触进来,一个加权和,通过一个激活函数,最后产生突触,又往外输出。sK3esmc

sK3esmc

虽然这个模型并没有马上发挥作用,直到上世纪80年代,加拿大神经学家David Hunter Hubel搞清楚了视觉神经的基本工作原理,才带来了今天深度学习的一次重大进步。可以看到它对人脑的理解,大脑工作的过程是一个对接收信号不断迭代,不断抽象概念化的过程。因此它带来的影响巨大无比。sK3esmc

“iRobot的董事长兼CEO科林·安格尔说过一句话——‘观察全社会将如何对待人工智能技术将会很有趣,这一技术无疑会很酷’。我认为他这句话讲得很深刻,我们开始进入智能化时代,这是一个非常令人激动的事情。当然,它为人类社会带来的影响,我们今天还没有完全看到,相信未来肯定会巨大无比。”魏少军教授指出。sK3esmc

此外,魏少军教授也分享了现阶段人工智能的两大分类:一类叫类脑计算,一类叫深度学习。sK3esmc

类脑计算主要是模拟人脑的工作原理。比如说最典型的是存内计算架构:直接用存储单元做乘累加运算,将存储和计算融为一体,避免了权重参数的反复搬运,大幅提升矩阵乘法的计算效率,可并行加速深度学习算法。它可以使传统的算力提升10倍,能效提升10倍。sK3esmc

深度神经网络和深度学习是另外一个分支。深度神经网络(DNN)是一种多层无监督神经网络,并且将上一层的输出特征作为下一层的输入进行特征学习,通过逐层特征映射后,将现有空间样本的特征映射到另一个特征空间,以此来学习对现有输入具有更好的特征表达。深度神经网络有三个基本因素:算法、数据、算力。sK3esmc

计算技术驱动半导体产业不断成长

智能计算时代有一个基本特点,它是跟人工智能密切相关的。人工智能由于算法多样性和复杂性,所以产生一个很有趣的现象:每一种算法之间都是不一样的,即便要处理的事情十分相近。比如,识别文字、识别图像、识别视频内容,都是用眼睛去看,但是它的算法是不一样的,最终呈现三种算法。sK3esmc

魏少军教授认为,人工智能需要一款“计算引擎”。一方面,需要可编程能力适应各类应用;另一方面,计算和存储密集型;第三方面,从“云端”向“边缘”的迁移,需要高能效计算,能量效率~TOPS/W。sK3esmc

对此,人工智能芯片面临着两大难题:一是算法在不断演进,新算法层出不穷;二是一种算法对应一种应用,没有统一的算法。sK3esmc

“这两个问题对我们做芯片的人来说非常关键。怎么办呢?我们现在想到就是用大算力。”魏少军教授说道,在人工智能芯片的主流架构演进图中可以发现,从AI Chip 1.5到AI Chip 2.0,中间不得不增加了AI Chip 1.7,目的是解决通用性的问题。通用性带来的好处是各种各样的模型都可以训练,因此大模型用芯片去训练带来的便利性是非常明显的。sK3esmc

sK3esmc

另一方面,高性能计算机的计算能力已经进入E级时代,很快将冲击Z级计算。sK3esmc

E级超算是指每秒可进行百亿亿次数学运算的超级计算机,是国际上高端信息技术创新和竞争的制高点,被全世界公认为“超级计算机界的一顶皇冠”。而Z级计算,也就是10万亿亿次,比现在E级计算大概要快1000倍。sK3esmc

魏少军教授指出:“倘若这样发展,我们是有需求的,因为我们的数据在不断地增长,到2024年我们的数据大概可以达到100ZB,这实际上比我们计算能力增加一点不慢,我们的计算能力是跟不上数据增长的。”sK3esmc

“总而言之,目前我们找到一个可突破点——就是把硬件的可编成性和软件的可编成性分别做成横轴和纵轴变成四个象限,把现在的芯片、CPU、DSP放到第二象限里面去,ASIC、SoC就进入第三象限,FPGA等等就进入第四象限。”sK3esmc

至于第一象限,魏少军教授表示,可能是一个新型架构。目前软件硬件还是分离的。但是当两者结合在一起,或许就能形成一种完整的全新架构,我们称其为叫软件定义的芯片。sK3esmc

sK3esmc

如今,美国和欧洲高度重视软件定义芯片技术的研究;而中国在软件定义芯片领域的突破早于并优于世界同行。sK3esmc

全球半导体产业大变局

在产业发展层面,目前地缘政治博弈正在破坏半导体全球供应链。最重要的是占世界95%产能的六个国家和地区,包括美国、中国、韩国、日本、欧盟和中国台湾,都各自出台了自己的芯片相关法案,而且都强调要生产本地化,要自给自足,形成自己的完整产业链,前提是保证自己的产业安全。sK3esmc

魏少军教授表示,半导体领域的“军备竞赛”将加剧全球供应链的碎片化。就正如张忠谋先生所说,“全球化与自由贸易几乎已死,而且不太可能再恢复”,对此问题,魏教授也表示“比较悲观”。sK3esmc

智能化助力中国半导体产业自立自强

在智能化时代的浪潮下,在全球产业的大变革中,中国半导体产业该如何走出自己的道路?魏少军教授认为,“扬长避短、掌握发展主动权”。sK3esmc

(1)人工智能:中国在人工智能领域所拥有的优势并不比别人差,从下图可知,中国人工智能的优势比除美国以外的其他国家都要显著。sK3esmc

sK3esmc

(2)5G:中国所拥有的5G基站数量是世界其他国家加起来的总和,因此我们在国内感受5G网络使用远远好于其他国家。sK3esmc

(3)AR、VR应用:强化用户对真实场景的理解,目前中国已有许多落地应用和案例。sK3esmc

(4)开辟车规芯片新赛道:在从燃油车向纯电动车升级过程中,单车半导体价值量将提升100%。sK3esmc

(5)打造高算力平台:智算中心是智慧时代最主要的计算力生产中心,它以融合架构计算系统为平台,以数据为资源,能够以强大算力驱动AI模型对数据进行深度加工,源源不断产生各种智慧计算服务,并通过网络以云服务形式供应给组织及个人。sK3esmc

(6)三维混合键合技术:利用三维混合键合技术(3D Hybrid Bonding Processing)实现存储器晶圆和逻辑电路晶圆的异质集成。sK3esmc

(7)软件定义芯片+异质堆叠集成=软件定义近存计算芯片技术:如果把逻辑层和存储器层加上中国自己做的软件定义芯片技术,还有近存计算技术的话,其实是可以解决当前计算中很多问题。sK3esmc

小结

演讲的最后,魏少军教授呼吁道:“大家要对半导体有信心,对摩尔定律有信心。”尽管经常有人会争论摩尔定律到底行还是不行,但说“摩尔定律大概不灵了”的人,也正是摩尔本人。sK3esmc

“所以现在如果有人说半导体快不行了,千万别信他的话,我觉得半导体产业还有很光明的未来。”魏少军教授如是说。sK3esmc

责编:Momoz
本文为国际电子商情原创文章,未经授权禁止转载。请尊重知识产权,违者本司保留追究责任的权利。
Momo Zhong
国际电子商情(Electronics Supply and Manufacturing-China)助理产业分析师,专注于PCB、电子工程、移动终端、智能家居等上下游垂直领域。
  • 微信扫一扫,一键转发

  • 关注“国际电子商情” 微信公众号

  • 技术颠覆如何驱动汽车半导体未来?

    “充满变革时代的车规芯片市场,毫无疑问是汽车产业中的重要一环节。通过深刻理解市场动态和中国芯片厂商,我们可以更好把握机遇,迎接未来的市场挑战。”Canalys首席分析师刘健森在“2023中国临港国际半导体大会”同期举办的“汽车半导体峰会”上分享道。

  • 瑞凡微:做好内功,以便在2024年能抢跑

    行业谷底期,企业的目标就是要活下去。但是对于瑞凡微而言,不光是要活下去,还要在未来活得更好更有质量。

  • 吴振洲:芯片分销与供应链数字化转型探讨

    “今天电商如此,中小分销商更难!分销与供应链向何处去?”

  • 集睿致远CEO王亚伦:高速接口的现在与未来

    身处互联网移动时代,越来越多的人离不开手机、电脑、平板、电视、显示器等各类电子设备,而这些电子设备也离不开一个关键组件——接口。

  • 数字低碳趋势下,半导体产业的创新合作及融合发展

    在英飞凌看来,未来十年是低碳化、数字化“双轮驱动”发展的时代。特别是在中国,低碳化和数字化是推动经济增长、社会进步的重要引擎。那么,如何利用半导体技术的力量推动低碳化和数字化的转型?这是业界很关注的一个话题。

  • 英飞凌南铮:物联网创新既要“有实招”,又要打“组合拳”

    物联网是整个人类最庞大的梦想之一。在这个万物互联的世界里,物品对人、物品之间的链接都将发生质的飞跃,并带动各种新兴产业的蓬勃发展。

  • 晶华微:国产工控芯片助力工业4.0

    在第四次工业革命的浪潮下,无论是“德国工业4.0”,还是“中国制造2025”,智能制造已经成为众多制造工厂转型升级的必然选择。其中,芯片是实现“中国制造2025”的基础和关键,芯片的性能高低决定了成效,芯片的自主可控程度决定了安全可靠。

  • 芯原股份:Chiplet在智慧出行领域的产业化之路

    Chiplet技术被认为是在摩尔定律趋缓下的半导体工艺发展方向之一。简单来说,Chiplet实现原理如同搭乐高一样,把要实现复杂功能的大芯片分小块设计加工出来再连接封装在一起,从而形成一个系统级芯片组。可以预料,未来如果从IP销售转向Chiplet销售,芯片IP商业模式将发生根本变化。

  • “双碳”背景下的上海市可再生能源发展之路

    城市作为现代经济活动的中心,在应对全球气候变化与推进可持续发展中发挥重要作用,愈发受到重视。

  • 恩智浦半导体:“软件定义汽车”时代的挑战和机遇

    当前,汽车工业正在发生着天翻地覆的变化。电气化、数字化、云端连接已成为非常重要的三大趋势,推动了汽车的创新功能爆发式增长。对于消费者而言,现在的汽车不仅仅是代步工具,而是一个随着时间推移而不断升级的硬件产品。由此,汽车产业迈向“软件定义汽车”时代。

  • 专访TDK高层:把握新一轮能源革命机遇

    回望全球科技30年,我们已经站在下一轮超级创新周期的起点。与上一轮主要靠智能手机和移动互联拉动不同,本轮的超级周期的主导因素是能源革命和计算革命。无论是上半场的光伏、储能、新能源汽车,还是下半场的人工智能、深度学习、虚拟现实,它们的共同基础都是半导体。

  • 上海临港新片区:将用5年时间走其它汽车城20年的路

    前几年临港汽车产业聚焦以电动化为核心的“上半场”,而“下半场”将以智能化为核心,全力打造世界级智能新能源汽车产业集群。

近期热点

广告
广告

EE直播间

更多>>

在线研讨会

更多>>