黄智杰：冲浪AI中国芯

孙裕

从机顶盒芯片跨界到人工智能芯片，杭州国芯与这些国际大公司竞争有几成胜算？杭州国芯能否凭借GX8010为中国的人工智能芯片打开一片天空？在跨界的背后杭州国芯又有怎样的战略考虑？杭州国芯总经理黄智杰为我们作了全面解读。

就在中兴事件令国人为“缺芯少魂”而扼腕的时刻，2017年10月，杭州国芯在深圳举办了一场发布会，发布了其新产品——AI终端芯片GX8010，这是国内首款具有自主知识产权的、搭载NPU的物联网人工智能芯片。有了这款芯片，相当于给万物添加了一个语音入口。无论是冰箱、彩电、洗衣机、油烟机、微波炉都将成为“听话”的家电。只要动动嘴巴，空调会调到你需要的温度，电动窗帘会自动开合，电机视会调到你想看的频道，音响会调到适当的音量，智能玩具会听话地唱歌、跳舞，帮你搜寻资料，甚至与你展开对话。

物联网+人工智能+芯片，三个当前最热门的概念加在一起，自然引起业内广泛关注。人工智能的世界神奇而又充满想象空间。与此同时，这又是一个高手云集、国际巨头深度布局、短兵交接的领域。

作为一家本土芯片公司，杭州国芯10多年来一直深耕数字电视芯片和机顶盒芯片。从机顶盒芯片跨界到人工智能芯片，杭州国芯与这些国际大公司竞争有几成胜算？杭州国芯能否凭借GX8010为中国的人工智能芯片打开一片天空？在跨界的背后杭州国芯又有怎样的战略考虑？杭州国芯总经理黄智杰为我们作了全面解读。

国芯的战略新抉择

2000年，浙江省政府提出了实施“一号工程”、建设“天堂硅谷”的号召。2001年，杭州国芯科技应运而生。2018年，浙江省政府又提出了全面实施数字经济“一号工程”的号召，杭州国芯推出了业内首款量产的人工智能芯片。“这不是巧合，而是一种必然。”黄智杰说。

2000年，數字电机开始大行其道，国家为了推动国产机顶盒芯片的发展，邀集了几家科研院校的相关专家共同制定数字标准。浙江大学也是制定标准的成员之一。2001年，浙江大学的科研团队成立了杭州国芯科技有限公司。

“取‘国芯作为企业名称，是因为当时在中国，我们是最早一批的芯片设计公司。”黄智杰介绍，自成立以来，杭州国芯一直专业从事数字电视及音视频电子产品的IC芯片设计，并逐渐成为全球主要的机顶盒芯片供应商之一。

机顶盒芯片行业属于资本密集型、技术密集型、人才密集型兼而有之的行业，发展迅速并竞争激烈，在有线机顶盒芯片市场上，除了芯片的成熟度，应用终端的广泛性、技术的领先性，以及是否能够给客户提供全面的解决方案都是决定芯片厂商市场竞争力的重要因素。黄智杰回忆道，虽然国芯开发的数字电视机顶盒芯片产品线齐全，并已遍布全球。但是，从2016年开始，全球机顶盒芯片市场开始进入长尾的状态。

“聚焦家庭，成为智慧家庭芯片及解决方案的引领者，这是公司的新定位。”黄智杰表示。2015年左右，国芯提出了新的口号：用“芯”塑造美好生活，而发展的重点领域则是数字电视、家庭多媒体和人工智能。

当前全球正在爆发人工智能产业浪潮，人工智能可能成为下一次工业革命的核心驱动力。人工智能意味着全新的技术变革，算法、硬件、软件的深度整合，巨大的市场机会和重新起跑的机会。物联网加人工智能意味着万亿级的市场。这是国芯必须抢抓的战略机遇。

黄智杰分析，经过17年的发展，国芯已有充足的人才储备，公司拥有浙江大学博士点、博士后工作站、浙江省重点企业研究院、浙江省企业技术中心，同时也是杭州集成电路设计基地，并先后获得“国家科学技术进步奖”“浙江省科技进步一等奖”“十年中国芯领军企业奖”“中国芯最佳市场表现奖和潜质奖”等，被国家发改委授予“国家高技术产业化十年成就奖”，并多次获得工信部颁发的“信息产业重大技术发明奖”。

“国芯有成熟的芯片设计经验，完整立体的技术体系，完善的产品规划和产品管理体系，具备从未来应用场景出发定义芯片产品的能力，有广泛的客户渠道和完整的客户服务体系，能为终端客户提供完整解决方案，同时具有极致的芯片成本及BOM成本控制能力。”黄智杰说。机顶盒和AI看似两个完全不相关的领域，但其实，机顶盒芯片负责处理图像和声音信号，而图像和声音正是当下AI的两大基础任务，两种技术之间有互通之处。因此，国芯开发人工智能芯片可以是说十年磨一剑，是公司新时代发展的必然抉择。

禀赋超然的GX8010

“国芯于2016年初成立了AI事业部‘BUX，‘BUX中的X，就代表着充满未知的人工智能应用。”黄智杰介绍，国芯首先从神经网络处理器（NPU）的开发入手，投入重兵深入研究，不仅研制成功了第一代神经网络处理器gxNPU，还完成了整体SOC芯片的设计和量产。这款NPU处理器专门为人工智能而定制，100%由杭州国芯自主研发。gxNPU配置了64×64 MAC，支持FP32/FP16/Int8，支持DNN/CNN/LSTM等主流网络。这与传统同级CPU相比，在基于LSTM语音识别任务对比测试，结果显示其计算速度提升了30倍，能效提升了100倍，内存占用仅为过去的十分之一。

“目前在移动终端市场，iPhone X内置了神经网络处理器（NPU），华为Mate10也搭载了AI芯片，包括寒武纪和深鉴科技也已推出了自研的NPU和指令集。”黄智杰介绍，杭州国芯的物联网人工智能芯片GX8010，分别是由Arm内核、NPU、语音子模块、视觉子模块等构成，采用了多核异构的架构，把CPU、NPC、DSP和MCU都集成在一颗芯片中，使功耗、成本、性能实现最优化和平衡点。

黄智杰进一步介绍，GX8010采用多核异构的架构，可以充分发挥各个核的优势，使用起来更灵活。国芯还针对性地设计了多电源域和多级唤醒等功能，从而大幅降低功耗。例如，智能音箱在待机中，需要时刻监听有没有语音指令，用传统的CPU去做是很难实现低功耗待机，GX8010多级唤醒在芯片前端设计VAD（Voice Activity Detection）技术，可以根据是否有声音、是否有人声、是否是关键词等多个等级来做硬件划分，逐级唤醒系统，从而大幅降低了功耗。

更重要的是采用GX8010的智能音箱还具备可离线、可移动等特性，即便在不能联网的环境下，也能赋予离线的人工智能能力，实现几米开外的交互。以前的人工智能音箱，只能采用传统CPU在云端做数据处理，而随着AI的边缘计算需求的增强，国芯专门设计了神经网络压缩引擎NCompressor，利用神经网络中的数据稀疏特性，可实现6—10倍的压缩效果，并在前端进行数据计算处理。

为了配合编译压缩工具，国芯还发布了全套神经网络开发SDK，只需要简单三步，就能完成模型從服务器到芯片的部署。首先，在Tensorflow等平台训练，生成模型的网表文件。其次，使用gxNPUC（神经网络编译器）进行编译和压缩，生成指令bin文件。最后，在芯片上使用gxDNN加速库，将编译的模型在芯片本地运行即可。

国芯的这些独创设计解决了困扰业界的痛点，使其成为一款性能超群、功能强大的人工智能芯片。因此，GX8010一经出现立即受到业界追捧，并迅速实现了量产。

国际化集成开发模式

在芯片行业有一句话：“做芯片，5年是业余者，10年是入门者，15年才有可能获得成功。”为何国芯能在短短一年多的时间里就开发出如此高水平的人工智能芯片？

“这句话可能有点误解，一方面，国芯已经做了17年的芯片，积累了丰富的经验;另一方面，国芯采用了国际化集成的开发模式。”

作为一款物联网人工智能芯片，实际上，要想真正落地，光有NPU还远远不够。因为，整个AI交互过程非常复杂，除了神经网络计算，还包括传感器接入、信号处理、检测识别，以及软件层面的决策和反馈等。环节众多，每一处需要的算法和计算特性都不相同。

比如，在智能语音交互领域，当前语音识别的巨大挑战就在于前端的语音降噪，为了解决噪声和有效语音分离问题，业内的通常做法是引入麦克风阵列，利用空间信息进行降噪滤波。但是，多个麦克风的引入的做法首先对硬件上的接口提出了要求，一些传统芯片没有这么多接口，只能通过其他器件来扩展。同时多路信号的接入，也使得前端语音处理计算量大增，大家用传统芯片中CPU软解已是十分吃力。

为了解决这一问题，国芯在芯片中集成其长期合作伙伴Cadence Tensilica（楷登电子旗下泰思立达公司）的语音DSP Hifi—4。黄智杰介绍，Cadence Tensilica HiFi DSP系列是全球最广泛使用的音频/声音/语音处理器。而这颗DSP Hifi—4则专门为智能语音而设计，可以进行各种语音信号处理计算。此外，GX8010芯片支持8通道麦克风接口，不仅有PDM和I2S数字接口，还内置了8路ADC直接支持模拟麦克风。

在算法方面，国芯则与Rokid（若琪）和思必驰合作，这两家拥有语音技术的公司为国芯提供算法支持。今后国芯还会选择更多的语音公司同时介入，因为这样的话，当一家有人工智能IoT设备需求的公司找到国芯时，能够根据所需设备类型找到相应的顶层算法。例如对于想做车载语音后视镜的公司来说，采用国芯的芯片以及思必驰的技术能够轻松完成产品研发;同样的，对于想做智能音箱的公司来说，可以选择国芯的芯片加上Rokid的技术。

与此同时，GX8010芯片还用上了来自中天微的国产CK802处理器。

“芯片研发就应该是多方合作的结果，并不是所有技术都需要自己开发。”黄智杰认为，“在芯片研发上，中国企业必须有自己的核心技术。你有自己的核心技术，又有市场优势，就不可能出现‘中兴通讯现象，如果你只是造个壳，核心技术都需要向别人购买，这样的企业才会有真正的危机。”

谈及人工智能芯片未来的发展，黄智杰介绍，GX8010人工智能芯片采用了TSMC的40纳米的工艺，下游客户已成功开发出应用GX8010的智能音箱、智能玩具和陪护机器人等产品，现在已经进入到量产过程。此外，国芯推出了一款智能语音前端GX8008人工智能芯片，它可以通过USB接插的方式，帮助客户现有的产品方案，如DTV、智能后视镜、STB和陪伴机器人，快速实现智能语音识别的前端方案。

国芯物联网人工智能芯片，有理由值得我们期待！