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嘉峪檢測網(wǎng) 2025-03-14 12:24
人工智能（AI）芯片是支撐智能技術(shù)發(fā)展的核心硬件，AI芯片發(fā)展事關(guān)國家科技自主創(chuàng)新、核心技術(shù)競爭力提升。近年來，我國在AI芯片領(lǐng)域取得了一些突破，部分實現(xiàn)了自主設(shè)計和技術(shù)創(chuàng)新，逐漸形成了從上游原材料供應(yīng)到下游應(yīng)用市場的完整產(chǎn)業(yè)鏈。未來，隨著技術(shù)不斷突破、應(yīng)用領(lǐng)域進一步拓展，我國有望在全球AI芯片市場中占據(jù)更大的份額。
中國工程院院刊《中國工程科學(xué)》2025年第1期發(fā)表中國電子科技南湖研究院研究團隊的《我國人工智能芯片發(fā)展探析》一文。文章從云端智能芯片、邊端智能芯片、類腦智能芯片3個方面總結(jié)了AI芯片的國際發(fā)展趨勢，分析了我國AI芯片的應(yīng)用需求，從芯片設(shè)計、制造、封裝、測試等方面梳理了相關(guān)產(chǎn)業(yè)與技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢。當(dāng)前，國產(chǎn)AI芯片的性能、技術(shù)、產(chǎn)業(yè)鏈存在短板，亟需開展自主創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)協(xié)同；國產(chǎn)AI芯片開發(fā)面臨高成本、長周期的挑戰(zhàn)，亟需平衡融資壓力并積累發(fā)展經(jīng)驗；國內(nèi)AI芯片領(lǐng)域人才短缺，亟需提高培育質(zhì)量并控制流失率。為此，論證提出了我國AI芯片的發(fā)展路徑，即突破技術(shù)瓶頸、加速產(chǎn)業(yè)化、拓展國際化、實施市場扶持，重點采取技術(shù)創(chuàng)新和重點項目建設(shè)、新型芯片架構(gòu)和開源產(chǎn)業(yè)生態(tài)建設(shè)、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系制定、“產(chǎn)教研”融合等舉措，以推動我國AI芯片產(chǎn)業(yè)可持續(xù)和高質(zhì)量發(fā)展。
一、前言
傳統(tǒng)芯片以通用計算為主，強調(diào)面向廣泛任務(wù)的普適性和通用性。人工智能（AI）芯片在架構(gòu)上更多采用異構(gòu)計算和低功耗設(shè)計，針對AI算法進行特殊加速設(shè)計或者經(jīng)過軟硬件優(yōu)化，注重高效處理大規(guī)模并行計算和深度學(xué)習(xí)算法，以滿足特定的應(yīng)用需求。當(dāng)前，全球AI芯片產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，英偉達公司、谷歌公司、英特爾公司均推出專用AI芯片，涵蓋圖形處理器（GPU）、張量處理單元（TPU）、現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA）、專用集成電路（ASIC）等技術(shù)路線；相關(guān)芯片在云計算、邊緣計算、無人駕駛、第五代移動通信（5G）等領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用，以芯片架構(gòu)創(chuàng)新、低功耗設(shè)計、算法與硬件協(xié)同優(yōu)化等為主要研究方向。發(fā)達國家在AI芯片方面加大投資與政策支持，爭取在全球AI產(chǎn)業(yè)中占據(jù)優(yōu)勢位置。
我國的AI芯片產(chǎn)業(yè)尚處于起步發(fā)展階段。長期以來，國內(nèi)在中央處理器（CPU）、GPU、數(shù)字信號處理器（DSP）設(shè)計上一直處于追趕位置，多數(shù)芯片設(shè)計企業(yè)依賴國外的知識產(chǎn)權(quán)（IP）核來設(shè)計芯片，導(dǎo)致自主創(chuàng)新設(shè)計受到極大限制。近年來，國內(nèi)產(chǎn)業(yè)鏈得到逐步完善，在AI芯片領(lǐng)域取得了一些突破，部分企業(yè)實現(xiàn)自主設(shè)計和技術(shù)創(chuàng)新。例如，AI芯片已列入國家發(fā)展規(guī)劃，《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）》重點支持神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)芯片，推動AI芯片的規(guī)模化應(yīng)用。2024年，我國AI芯片市場規(guī)模超過1400億元，逐漸形成了從上游原材料供應(yīng)到下游應(yīng)用市場的完整產(chǎn)業(yè)鏈。盡管在高端設(shè)計、芯片制造環(huán)節(jié)仍依賴國外技術(shù)，但國產(chǎn)化進程正在加速，部分企業(yè)在特定領(lǐng)域取得顯著進展。未來，隨著技術(shù)不斷突破、應(yīng)用領(lǐng)域進一步拓展，我國有望在全球AI芯片市場中占據(jù)更大的份額。
AI芯片發(fā)展事關(guān)國家科技自主創(chuàng)新、核心技術(shù)競爭力提升。本文著眼我國AI芯片發(fā)展課題，梳理AI芯片的國際發(fā)展趨勢，剖析我國AI芯片的發(fā)展需求及其在科技創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)升級中發(fā)揮的關(guān)鍵作用，進而研判我國AI芯片發(fā)展方向并設(shè)計領(lǐng)域發(fā)展路徑，以為我國AI芯片領(lǐng)域的理論研究與產(chǎn)業(yè)實踐提供參考和啟示。
二、人工智能芯片的國際發(fā)展現(xiàn)狀
以生成式AI為代表的AI算法發(fā)展迅猛，發(fā)達國家都在AI芯片領(lǐng)域進行重點布局，體現(xiàn)出政策支持、市場驅(qū)動、國際合作的高度融合，基本形成全球科技競爭與協(xié)同發(fā)展的新格局。美國、日本、歐盟均以立法形式增加直接投資，鼓勵本土企業(yè)加快技術(shù)創(chuàng)新，積極擴大產(chǎn)能并增強國際市場競爭力，同步維護供應(yīng)鏈安全。在技術(shù)和產(chǎn)業(yè)方面，AI芯片主要分為部署在數(shù)據(jù)中心的云端智能芯片、分布在網(wǎng)絡(luò)邊緣或直接嵌入終端設(shè)備的邊緣智能芯片；此外，AI技術(shù)應(yīng)用對更高效、更逼近人類智能的計算能力提出需求，類腦智能芯片逐漸成為重要分支。
（一）云端智能芯片
用于云端推理和訓(xùn)練的芯片系統(tǒng)是生成式AI的主要計算平臺，具有工藝先進、算力大、先進互聯(lián)的基本特征。① 在先進工藝方面，英偉達公司的數(shù)據(jù)中心GPU A100采用臺積電公司的7 nm工藝進行制造；更新的Blackwell GPU采用專門定制的臺積電公司4NP工藝制造，晶體管數(shù)量為2080億個，集成度進一步提高。② 在算力方面，生成式AI算力需求呈指數(shù)級增長，英偉達公司持續(xù)推出Ampere、Hopper架構(gòu)GPU，在AI、數(shù)據(jù)中心、圖形計算領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用，8年內(nèi)將單卡AI訓(xùn)練性能提升1000倍。③ 在先進互聯(lián)方面，高速互聯(lián)方案是實現(xiàn)算力擴展的重要依托。多節(jié)點訓(xùn)練和推理系統(tǒng)是目前主流的實現(xiàn)方案，高帶寬的通信協(xié)議成為云端智能芯片的重要發(fā)展趨勢。NVLink是專用于英偉達公司GPU之間的點對點互連協(xié)議，第五代高速互聯(lián)方案的總帶寬是PCIe5.0 x16鏈路帶寬的14倍；自研交換芯片NV Switch用于解決GPU之間通信不均衡的問題。超威半導(dǎo)體（AMD）公司將CPU領(lǐng)域的芯粒（Chiplet）工程經(jīng)驗拓展應(yīng)用至GPU，通過多裸片（Die）封裝縮小與競爭產(chǎn)品的差距，如MI200系列芯片采用多Die整合封裝，通過橋接技術(shù)在單芯片上集成兩個Die；MI300系列同樣采用Chiplet設(shè)計，集成CPU和加速計算單元以增強單芯片的擴展性。
（二）邊端智能芯片
邊緣端的AI芯片呈現(xiàn)專用化、高能效化、低功耗的發(fā)展趨勢。基于AI系統(tǒng)級芯片的嵌入式專用推理芯片成為邊緣端智能芯片的主要存在形式，支持實時數(shù)據(jù)處理、低延遲的邊緣端AI處理應(yīng)用，如智能安防、高級駕駛輔助系統(tǒng)／自動駕駛、智能家居、可穿戴智能設(shè)備、商業(yè)和工業(yè)場合的AI應(yīng)用（智能交通、智慧城市、工廠機器視覺、機器人和自動導(dǎo)引車等）。英偉達公司的Jetson系列芯片用于智能機器人和自動駕駛應(yīng)用場景；高通公司的驍龍865/888系列芯片集成專用的嵌入式神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理器（NPU），用于處理手機端的本地AI推理任務(wù)；蘋果公司研制的A、M系列芯片均搭載NPU，處理各種場景中的AI推理任務(wù)；索尼公司的Alpha 7R V搭載基于深度學(xué)習(xí)的AI芯片，可智能預(yù)測和處理人的身體姿態(tài)信息，提高相機識別拍攝主體的精確度。
（三）類腦智能芯片
類腦智能芯片相較傳統(tǒng)芯片在功耗、集成度上具有顯著優(yōu)勢，既能夠突破傳統(tǒng)計算體系結(jié)構(gòu)的局限性，實現(xiàn)數(shù)據(jù)并行傳送和分布式處理，以極低功耗實時處理海量數(shù)據(jù)，也可以突破傳統(tǒng)“執(zhí)行程序”計算范式的局限性，形成“自主認(rèn)知”新范式。類腦智能芯片是處于概念驗證階段的集成電路產(chǎn)品，在AI發(fā)展過程中起到“先行者”的作用，為邊端智能探索了新的應(yīng)用渠道。美國企業(yè)率先研究類腦智能芯片，使用神經(jīng)元和突觸的方式替代傳統(tǒng)馮·諾依曼架構(gòu)體系，用于異步、并行、低速、分布式信息數(shù)據(jù)處理，賦予機器以自主感知、識別、學(xué)習(xí)等能力。國際商業(yè)機器公司開發(fā)了首款類腦智能芯片TrueNorth，英特爾公司、德累斯頓工業(yè)大學(xué)、海德堡大學(xué)陸續(xù)發(fā)布了類腦智能芯片。
三、我國人工智能芯片需求分析與發(fā)展態(tài)勢
近年來，我國AI芯片領(lǐng)域保持活躍發(fā)展態(tài)勢，AI芯片產(chǎn)業(yè)進入快速發(fā)展階段。2023年，我國AI芯片市場規(guī)模為1206億元；2024年，市場規(guī)模進一步增長至約1412億元。我國基本構(gòu)建從基礎(chǔ)研究到產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的完整鏈條，涵蓋芯片設(shè)計、制造、封裝和測試等關(guān)鍵環(huán)節(jié)，形成環(huán)環(huán)相扣、協(xié)同發(fā)展的生態(tài)體系。
（一）人工智能芯片需求分析
我國AI芯片產(chǎn)業(yè)快速增長，受到多方面因素的驅(qū)動。AI芯片是支持AI技術(shù)實現(xiàn)的核心硬件，AI應(yīng)用的普及推動了AI芯片需求的持續(xù)增長。隨著深度學(xué)習(xí)、自然語言處理、計算機視覺等AI技術(shù)的快速發(fā)展，AI應(yīng)用場景不斷擴展，涉及自動駕駛、智能制造、醫(yī)療健康、金融、智慧城市等領(lǐng)域。相關(guān)領(lǐng)域?qū)λ懔Φ男枨髽O為迫切，尤其是AI模型的訓(xùn)練和推理過程需要高效率AI芯片的支持。與此同時，技術(shù)自主可控成為國內(nèi)AI芯片產(chǎn)業(yè)發(fā)展的戰(zhàn)略目標(biāo)，國家高度重視半導(dǎo)體和芯片領(lǐng)域的自主研發(fā)能力。在國際芯片產(chǎn)業(yè)競爭加劇的背景下，迫切需要自主可控的AI芯片，確保AI領(lǐng)域的技術(shù)安全與國際競爭力。自主研發(fā)AI芯片，能夠推動本土技術(shù)創(chuàng)新和相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈健康發(fā)展。
國家積極支持AI芯片產(chǎn)業(yè)發(fā)展，在相關(guān)發(fā)展規(guī)劃中提出，加強數(shù)字技術(shù)創(chuàng)新，提升AI芯片的研發(fā)與應(yīng)用能力。各級管理部門在研發(fā)資金、人才引進、產(chǎn)業(yè)園區(qū)建設(shè)等方面發(fā)布支持政策，為AI芯片產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供有力支撐。隨著傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的進一步深化，AI成為推動智能化、自動化的重要技術(shù)，促使傳統(tǒng)企業(yè)增加對高效能、低功耗AI芯片的需求，進一步推動AI芯片的多樣化和定制化發(fā)展。
云計算和邊緣計算的發(fā)展需求，推動AI芯片技術(shù)進步。隨著5G、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的推廣應(yīng)用，邊緣計算和云計算已成為主流架構(gòu)，云端計算對高性能芯片的需求增長顯著，以實現(xiàn)大規(guī)模數(shù)據(jù)處理與存儲，邊緣計算則在低功耗、高效率、實時性方面提出更高要求。在國內(nèi)市場上，云計算、邊緣計算需求疊加，共同推動AI芯片在多種應(yīng)用場景中的快速應(yīng)用。
（二）芯片設(shè)計領(lǐng)域發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢
芯片設(shè)計科技水平較高，我國企業(yè)正在加快追趕國際先進水平。雖然整體而言在高端芯片設(shè)計上仍處于跟隨發(fā)展?fàn)顟B(tài)，但在以AI芯片設(shè)計為代表的特定應(yīng)用領(lǐng)域，我國實現(xiàn)從“跟跑”到“并跑”發(fā)展。
集成電路設(shè)計是AI芯片設(shè)計的重要組成部分，相關(guān)產(chǎn)業(yè)規(guī)模正在持續(xù)擴大。中國半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會的統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，2023年我國集成電路設(shè)計行業(yè)的銷售額約為5774億元，國內(nèi)涉及集成電路設(shè)計的企業(yè)數(shù)量為3451家。我國集成電路設(shè)計業(yè)產(chǎn)值占集成電路市場總產(chǎn)值的43.2%，2023年市場規(guī)模增長至6543億元。國內(nèi)AI芯片設(shè)計的產(chǎn)業(yè)規(guī)模正在快速擴大，未來發(fā)展空間廣闊。
近年來，我國集成電路設(shè)計技術(shù)進步顯著，超算領(lǐng)域的快速發(fā)展是芯片設(shè)計技術(shù)突破后的直接體現(xiàn)。“太湖之光”“天河”系列超級計算機，分別搭載MT-3000處理器、申威26010處理器等國產(chǎn)芯片，在實際應(yīng)用中展現(xiàn)出良好性能，為科研、教育、國防等領(lǐng)域提供強大的算力支持。華為技術(shù)有限公司發(fā)布的昇騰910是面向AI訓(xùn)練需求的高性能芯片，集成晶體管數(shù)量超過200億個，在處理復(fù)雜AI任務(wù)時與國際主流GPU表現(xiàn)相當(dāng)。在加密貨幣領(lǐng)域，北京比特大陸科技有限公司在芯片設(shè)計技術(shù)的特定行業(yè)應(yīng)用方面建立了優(yōu)勢，相關(guān)產(chǎn)品在國際市場上居主導(dǎo)地位。在類腦計算領(lǐng)域，清華大學(xué)研究團隊開發(fā)了類腦智能芯片“天機芯”，采用眾核架構(gòu)、可重構(gòu)功能模塊、混合編碼方案的類數(shù)據(jù)流控制模式，可適應(yīng)機器學(xué)習(xí)算法、神經(jīng)形態(tài)計算模型及編碼方案。
互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)對云端算力提出了較高需求，因而互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)積極投入AI芯片產(chǎn)業(yè)，自研云端智能芯片，如昆侖芯、含光NPU智能芯片、玄鐵CPU。
（三）芯片制造領(lǐng)域發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢
在芯片制造方面，國內(nèi)能力整體處于“跟跑”狀態(tài)，7 nm及以下的高端制造工藝依賴進口設(shè)備和技術(shù)。中國半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會的統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，2023年我國集成電路產(chǎn)業(yè)的銷售額約為13 093億元，其中芯片制造產(chǎn)值約為2423億元。國際半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)協(xié)會的研究數(shù)據(jù)表明，2023年位于中國大陸地區(qū)的半導(dǎo)體廠商，晶圓產(chǎn)能為760萬片/月，同比增長12%；2024年的晶圓產(chǎn)能提升至約860萬片/月；2025年8 in（1 in≈25.4 mm）晶圓產(chǎn)能將增長66%，集成電路產(chǎn)業(yè)規(guī)模將超過2萬億元。
近年來，我國芯片制造技術(shù)發(fā)展迅速，尤其是在7 nm及以下的工藝節(jié)點探索與應(yīng)用方面縮短了與國際領(lǐng)先水平的差距。芯片制造技術(shù)的進步，提升了芯片的集成度和性能，為智能手機、數(shù)據(jù)中心、AI應(yīng)用等提供了關(guān)鍵支持。例如，中芯國際集成電路制造有限公司開發(fā)了0.35 μm至14 nm的鰭式場效應(yīng)晶體管技術(shù)節(jié)點，提供8 in、12 in晶圓代工服務(wù)；上海華虹（集團）有限公司在嵌入式非易失性存儲器、功率器件等方向掌握了具有世界先進水平的多項核心技術(shù)，開始應(yīng)用于相關(guān)產(chǎn)品的批量生產(chǎn)。晶圓制造投資規(guī)模大、技術(shù)難度高，是芯片產(chǎn)業(yè)鏈的核心環(huán)節(jié)、國內(nèi)與世界領(lǐng)先水平差異最大的環(huán)節(jié)；國內(nèi)晶圓代工廠持續(xù)加強研發(fā)投入并積累眾多核心技術(shù)，但在實驗室研發(fā)技術(shù)轉(zhuǎn)化為實際應(yīng)用和商業(yè)產(chǎn)品方面仍面臨諸多挑戰(zhàn)。需要鼓勵技術(shù)成果從研發(fā)機構(gòu)向企業(yè)的轉(zhuǎn)移和商業(yè)化，加強跨機構(gòu)／企業(yè)合作，重復(fù)驗證技術(shù)成果以適應(yīng)工業(yè)化需求。
（四）芯片封裝和測試領(lǐng)域發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢
在芯片封裝和測試方面，國內(nèi)整體水平與國際先進水平相當(dāng)，部分企業(yè)開始“并跑”。全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)正處于第三次產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移的進程中，芯片封裝和測試作為半導(dǎo)體領(lǐng)域壁壘相對低的領(lǐng)域，主要轉(zhuǎn)移至亞洲地區(qū)。芯片封裝和測試成為我國半導(dǎo)體的優(yōu)勢環(huán)節(jié)，市場規(guī)模穩(wěn)步擴大。2024年我國半導(dǎo)體先進封裝市場規(guī)模接近1000億元，2025年有望突破1100億元。芯片封裝分為傳統(tǒng)封裝、先進封裝，兩種技術(shù)之間不存在明確的替代關(guān)系，市場占比分別為64%、36%。先進封裝市場需求維持著較高的增速，國內(nèi)企業(yè)主要投資先進封裝領(lǐng)域，相關(guān)企業(yè)數(shù)量超過1200家；但多數(shù)國內(nèi)企業(yè)體量較小，如2022年營收超過5億元的企業(yè)不足20家。國內(nèi)企業(yè)突破了系統(tǒng)級封裝、芯片堆疊、扇出型封裝（FO-WLP）等先進封裝工藝，推出了多款高性能封裝解決方案，提升了芯片的集成度和性能。例如，江蘇長電科技股份有限公司掌握了FO-WLP技術(shù)，將芯片重新布線到更大面積的基板上，可提供更高的性能和更低的功耗。
芯片測試是保障芯片質(zhì)量和性能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。國內(nèi)企業(yè)加大研發(fā)投入，自主研發(fā)自動化測試設(shè)備，注重測試標(biāo)準(zhǔn)制定和方法創(chuàng)新，部分技術(shù)接近國際領(lǐng)先水平。中芯國際集成電路制造有限公司、華天科技（西安）有限公司、華大半導(dǎo)體有限公司與國際知名測試設(shè)備制造商合作，掌握了先進的芯片測試技術(shù)，發(fā)展和應(yīng)用了高效、精準(zhǔn)的系列化測試設(shè)備，有效降低了生產(chǎn)成本。
國內(nèi)機構(gòu)在芯片封裝和測試領(lǐng)域的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)制定以及產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同方面也取得良好進展。中國電子技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化研究院、中國半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會等積極參與相關(guān)國際標(biāo)準(zhǔn)制定，增強了我國在全球半導(dǎo)體標(biāo)準(zhǔn)領(lǐng)域的話語權(quán)。國內(nèi)芯片封裝和測試企業(yè)加強與上游芯片設(shè)計公司、下游應(yīng)用廠商的合作，以產(chǎn)業(yè)鏈緊密協(xié)作的形式推動技術(shù)迭代和應(yīng)用普及。
四、我國人工智能芯片發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)
（一）國產(chǎn)芯片的性能、技術(shù)、產(chǎn)業(yè)鏈存在短板，亟需開展自主創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)協(xié)同
國產(chǎn)AI芯片在性能（計算能力滯后于國際領(lǐng)先產(chǎn)品）、功耗（高能耗引發(fā)散熱問題）、應(yīng)用場景（側(cè)重推理而缺乏大規(guī)模訓(xùn)練能力）等方面存在短板和不足，全產(chǎn)業(yè)鏈上的自主創(chuàng)新能力受到外部因素制約，特別是在電子設(shè)計自動化（EDA）工具、制造設(shè)備及工藝、人才儲備、知識產(chǎn)權(quán)等方面相較國際先進水平仍有一定的差距，迫切需要開展技術(shù)突破和產(chǎn)業(yè)協(xié)同。
AI芯片相關(guān)的自主創(chuàng)新能力和技術(shù)水平亟待提升。以光刻機這一核心設(shè)備為例，在受到國際環(huán)境制約的背景下，我國芯片制造技術(shù)雖有重要進展，但與世界領(lǐng)先水平的差距客觀存在，如自主可控的主流技術(shù)落后兩代左右。從全球視域看，我國在AI芯片領(lǐng)域的整體水平雖有進步，但仍需加快追趕美國、韓國、日本等國的企業(yè)。需要加強核心技術(shù)研發(fā)與產(chǎn)業(yè)協(xié)同，彌補國產(chǎn)芯片在性能、技術(shù)和產(chǎn)業(yè)鏈上的短板。加大基礎(chǔ)研究和關(guān)鍵領(lǐng)域的研發(fā)投入，集中力量攻克芯片設(shè)計、先進制程工藝、核心設(shè)備制造等方面的瓶頸技術(shù)，推動技術(shù)體系自主可控。構(gòu)建高效協(xié)同的產(chǎn)業(yè)生態(tài)，深化“產(chǎn)學(xué)研”結(jié)合，形成從研發(fā)到生產(chǎn)的全鏈條合作機制。實施積極的政策引導(dǎo)和資金支持，促進上下游企業(yè)協(xié)同創(chuàng)新，推動供應(yīng)鏈國產(chǎn)化，逐步實現(xiàn)我國AI芯片產(chǎn)業(yè)在全球市場競爭中的突破與領(lǐng)先。
（二）國產(chǎn)芯片開發(fā)面臨高成本、長周期的挑戰(zhàn)，亟需平衡融資壓力并積累發(fā)展經(jīng)驗
對于芯片設(shè)計企業(yè)而言，在從開發(fā)到成品的過程中，IP核授權(quán)、開發(fā)軟件、流片、芯片制造／封裝／測試等方面的費用是高額的剛性成本，一旦芯片流片后性能不及預(yù)期，則前期投入失利而形成較大損失。發(fā)展AI芯片，直接考驗技術(shù)團隊過往的工程化經(jīng)驗。以ASIC芯片開發(fā)為例，65 nm制程芯片的開發(fā)費用約為2850萬美元，而5 nm制程芯片的開發(fā)費用約為5.422億美元，兩者相差1個數(shù)量級。
在AI應(yīng)用領(lǐng)域，依據(jù)芯片的部署位置和任務(wù)特性來采用差異化的制程：云端智能芯片追求高算力，需要優(yōu)先采用先進制程，如中科寒武紀(jì)科技股份有限公司的MLU100芯片采用了7nm制程；在邊緣端、部分移動端，設(shè)備根據(jù)使用場景和芯片設(shè)計架構(gòu)的不同而采用28 nm、22 nm、16 nm、10 nm制程的芯片；終端設(shè)備常采用65 nm、28 nm制程的芯片，如作為系統(tǒng)芯片則采用28 nm制程。根據(jù)行業(yè)調(diào)研結(jié)果，目前國內(nèi)AI芯片的開發(fā)費用低于國際估算值，如系統(tǒng)芯片的開發(fā)費用約為國際估算值的20%~50%。以終端常用的28 nm制程為例，AI系統(tǒng)芯片的開發(fā)費用約為2500萬美元。
即便國內(nèi)AI芯片的設(shè)計費用相對低，但千萬美元級別的芯片研制費用，疊加1~3年的研制周期，導(dǎo)致AI芯片企業(yè)面臨極大的生存和發(fā)展壓力。相關(guān)企業(yè)在融資的早期階段需要大量資金注入，才能度過沒有產(chǎn)品銷售、難以獲得經(jīng)營性收入的發(fā)展歷程。可見，開發(fā)AI芯片不僅需要大量資金支持，還需要深厚的技術(shù)經(jīng)驗才能確保芯片開發(fā)過程的高效率和成功率。相關(guān)企業(yè)需要持續(xù)加強技術(shù)積累，注重開展跨領(lǐng)域合作，拓展穩(wěn)定的融資渠道，才能有效應(yīng)對高成本、長周期的行業(yè)發(fā)展挑戰(zhàn)，進而構(gòu)建競爭優(yōu)勢、取得市場成功。
（三）人工智能芯片領(lǐng)域人才短缺，亟需提高培育質(zhì)量并控制流失率
AI芯片領(lǐng)域存在人才短缺問題，突出表現(xiàn)在高端芯片設(shè)計、EDA工具開發(fā)、芯片制造與工藝技術(shù)、AI算法與硬件協(xié)同設(shè)計等方面。精細(xì)的AI芯片設(shè)計、復(fù)雜的系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計需要技術(shù)人員具有深厚的專業(yè)知識，而國內(nèi)具備這些能力的人才極為稀缺。工業(yè)和信息化部人才交流中心的數(shù)據(jù)表明，國內(nèi)AI不同技術(shù)方向上的崗位人才供需比均低于0.4，如AI芯片技術(shù)人才供需比為0.32，機器學(xué)習(xí)、自然語言處理等技術(shù)人才供需比均不足0.2。此外，AI芯片設(shè)計不僅依賴硬件，還要求軟硬件的緊密結(jié)合，這就對同時掌握AI算法、硬件優(yōu)化能力的復(fù)合型人才提出了直接需求。
國內(nèi)AI芯片產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，但由于技術(shù)難度高、研發(fā)周期長、財務(wù)風(fēng)險大，許多優(yōu)秀人才傾向于選擇其他行業(yè)或出國深造，加劇了AI芯片領(lǐng)域的人才流失程度。例如，英偉達公司的統(tǒng)一計算設(shè)備架構(gòu)生態(tài)有近2萬人參與開發(fā)，而當(dāng)前國內(nèi)所有AI芯片公司的人員總和僅為1000人左右。需要多措并舉提高國內(nèi)人才培育質(zhì)量并控制流失率。在高校、科研院所優(yōu)化學(xué)科布局，推動校企合作，注重理論與實踐結(jié)合，培養(yǎng)復(fù)合型高端人才。完善薪酬激勵機制、人才發(fā)展政策，提供穩(wěn)定的研發(fā)環(huán)境和具有競爭力的待遇，為AI芯片產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供持續(xù)的人才支持。
五、我國人工智能芯片發(fā)展路徑設(shè)計
（一）我國人工智能芯片發(fā)展路線
我國在AI芯片領(lǐng)域的發(fā)展需立足當(dāng)前實際，逐步突破瓶頸技術(shù)環(huán)節(jié)，以“政產(chǎn)學(xué)研”合作推動自主創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)化。近期，可重點開展深度學(xué)習(xí)芯片的基礎(chǔ)研發(fā)，推動NPU的初步應(yīng)用落地，滿足物聯(lián)網(wǎng)、智能家居等領(lǐng)域的應(yīng)用需求。到2030年，AI芯片技術(shù)應(yīng)向高端拓展，支持自動駕駛、智能機器人等復(fù)雜任務(wù)，集成AI硬件加速器并優(yōu)化能效，形成自主化、完善的生態(tài)體系。到2035年，推動AI芯片在智慧工業(yè)、自動化交通等領(lǐng)域的普及應(yīng)用，實現(xiàn)相關(guān)領(lǐng)域全面智能化，同步構(gòu)建國際市場競爭力。
1. 突破技術(shù)瓶頸，注重自主創(chuàng)新與自主可控
高端芯片設(shè)計和制造技術(shù)是國產(chǎn)AI芯片的研發(fā)重點，尤其是在半導(dǎo)體制造工藝、EDA軟件、先進設(shè)備及材料等方面，需要加快追趕國際領(lǐng)先水平，合理降低對外依賴度。遵循科學(xué)規(guī)劃，合理加大基礎(chǔ)研究、核心技術(shù)創(chuàng)新、產(chǎn)業(yè)鏈自主可控等方面的投入，鼓勵“產(chǎn)學(xué)研”聯(lián)合攻關(guān)，推動從AI芯片設(shè)計到大規(guī)模應(yīng)用的全鏈條技術(shù)自主化。借鑒開源軟件成功經(jīng)驗，降低創(chuàng)新門檻，提高企業(yè)自有能力，發(fā)展國產(chǎn)開源芯片。同步與國際頂尖科研機構(gòu)和企業(yè)開展技術(shù)交流與合作，共建AI芯片產(chǎn)業(yè)生態(tài)。
2. 加速產(chǎn)業(yè)化，強化技術(shù)轉(zhuǎn)化與市場應(yīng)用
在AI芯片技術(shù)突破后，快速轉(zhuǎn)化為實際應(yīng)用并孵化新興產(chǎn)業(yè)，是AI芯片產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵支撐。需要建設(shè)包括芯片設(shè)計、生產(chǎn)、封裝、測試、市場推廣等在內(nèi)的產(chǎn)業(yè)鏈，盡量實現(xiàn)各個環(huán)節(jié)的本土化。加快突破GPU芯片、集群低時延互連網(wǎng)絡(luò)、異構(gòu)芯片管理等技術(shù)，建設(shè)超大規(guī)模智算中心，滿足大模型訓(xùn)練和應(yīng)用推理需求，著重在自動駕駛、智慧醫(yī)療、智慧城市等領(lǐng)域開展技術(shù)轉(zhuǎn)化與創(chuàng)新應(yīng)用。通過項目示范、政策扶持等方式，鼓勵企業(yè)將自主研發(fā)的AI芯片應(yīng)用于實際場景，進而推動芯片技術(shù)升級、擴大市場接受度。
3. 拓展國際化，增強技術(shù)產(chǎn)品國際市場競爭力
在我國AI芯片技術(shù)發(fā)展和成熟后，進一步的目標(biāo)是積極拓展國際市場，特別是在發(fā)展中國家和新興市場上尋求市場機會，提升國際市場競爭力并擴大技術(shù)產(chǎn)品的出口規(guī)模。我國的AI芯片產(chǎn)業(yè)可與國際領(lǐng)先企業(yè)開展業(yè)務(wù)合作，推動全球范圍內(nèi)的技術(shù)交流和產(chǎn)品應(yīng)用。AI芯片研發(fā)既要滿足本土需求，也需在性能、特性、成本等方面形成特色并構(gòu)建優(yōu)勢。與全球技術(shù)領(lǐng)先企業(yè)、學(xué)術(shù)機構(gòu)、行業(yè)協(xié)會合作，共同推動標(biāo)準(zhǔn)制定；設(shè)立海外研發(fā)中心、技術(shù)支持團隊，加大面向國際市場的營銷投入，逐步提升產(chǎn)品的國際市場占有率。
4. 實施市場扶持，加大投入并激勵創(chuàng)新
在AI芯片技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展過程中，政策支持和市場激勵的作用至關(guān)重要，可通過稅收優(yōu)惠、資金支持、人才引進等方式，促進AI芯片領(lǐng)域的創(chuàng)新發(fā)展。論證設(shè)立專項基金，支持AI芯片及其他企業(yè)進行技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)品創(chuàng)新，以公開采購、公共項目示范等形式拓寬市場需求。在政策層面，鼓勵企業(yè)加大研發(fā)投入，采取更積極靈活的方式吸引頂尖人才進入AI芯片領(lǐng)域。完善知識產(chǎn)權(quán)保護制度，激發(fā)企業(yè)創(chuàng)新熱情，保障AI芯片產(chǎn)業(yè)的中長期可持續(xù)發(fā)展。
（二）我國人工智能芯片發(fā)展重點舉措
1. 加強技術(shù)創(chuàng)新和重點項目建設(shè)，推動人工智能芯片領(lǐng)域全面發(fā)展
技術(shù)創(chuàng)新是推動AI芯片領(lǐng)域發(fā)展的關(guān)鍵，需要著力加強AI芯片關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)工作。AI芯片研發(fā)具有技術(shù)密集型特征，需要以堅實的基礎(chǔ)研究為支撐。建議國家和地方層面建立多層次的項目、資金、政策、人才支持體系。① 建設(shè)AI芯片產(chǎn)業(yè)發(fā)展配套設(shè)施，設(shè)立AI芯片領(lǐng)域的創(chuàng)新示范區(qū)和重點實驗室。選取若干具備良好條件的地區(qū)，設(shè)立國家級AI芯片產(chǎn)業(yè)園區(qū)，提供政策和資金支持，如實施稅收減免政策、強化知識產(chǎn)權(quán)保護機制、發(fā)布AI芯片產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃、實施高層次人才引進計劃等。② 設(shè)立AI芯片專項科研基金，支持“產(chǎn)學(xué)研”聯(lián)合開展基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究；提供AI芯片產(chǎn)業(yè)投資基金、貼息專項貸款，降低創(chuàng)新型企業(yè)的融資成本，保障初創(chuàng)企業(yè)和成長型企業(yè)的發(fā)展需求。針對AI芯片領(lǐng)域取得的重大技術(shù)突破和產(chǎn)業(yè)化成果，合理給予補助和獎勵，激發(fā)技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用活力。
2. 推動新型芯片架構(gòu)和開源產(chǎn)業(yè)生態(tài)建設(shè)，促進人工智能芯片技術(shù)自主可控
支持新型芯片架構(gòu)研發(fā)，重點在存算一體、類腦芯片等前沿技術(shù)方向上進行深入布局：前者可解決傳統(tǒng)芯片架構(gòu)在數(shù)據(jù)傳輸及存儲方面存在的瓶頸，更好適應(yīng)AI、5G等應(yīng)用對高性能計算的需求；后者具有自學(xué)習(xí)和自適應(yīng)能力，有望實現(xiàn)真正的智能化應(yīng)用。激勵企業(yè)和科研機構(gòu)創(chuàng)新自主芯片架構(gòu)，加快推動新型架構(gòu)芯片在AI芯片領(lǐng)域的應(yīng)用。促進開源產(chǎn)業(yè)生態(tài)發(fā)展，鼓勵企業(yè)、科研院所、高校在芯片設(shè)計、開發(fā)工具、技術(shù)平臺方面高質(zhì)量共享資源，加快AI芯片技術(shù)的演進和產(chǎn)業(yè)化。高質(zhì)量建設(shè)開源芯片平臺，加速開源芯片設(shè)計工具的國產(chǎn)化進程，形成開放式的AI芯片技術(shù)生態(tài)體系，保障國內(nèi)芯片技術(shù)創(chuàng)新需要，提高在國際芯片市場上的競爭力和話語權(quán)。
3. 加快制定技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系，構(gòu)建完善的人工智能芯片發(fā)展生態(tài)
AI芯片產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展需要以完善的標(biāo)準(zhǔn)體系作為支撐。我國AI芯片領(lǐng)域尚處于發(fā)展初期，加之應(yīng)用場景復(fù)雜，出現(xiàn)了“百花齊放”的技術(shù)發(fā)展態(tài)勢。需要加強行業(yè)發(fā)展頂層設(shè)計，引導(dǎo)國內(nèi)研發(fā)機構(gòu)形成合力，加快制定AI芯片技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，突出科學(xué)性、先進性和適用性。建議相關(guān)機構(gòu)組織成立AI芯片標(biāo)準(zhǔn)化委員會，負(fù)責(zé)我國AI芯片領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)制定、修訂和推廣。重點制定AI芯片設(shè)計、制造、封裝、測試等環(huán)節(jié)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，支持形成行業(yè)發(fā)展合力；廣泛征求各方意見，從技術(shù)、需求等角度確保標(biāo)準(zhǔn)制定過程的科學(xué)公正；注重與現(xiàn)有及在研國際標(biāo)準(zhǔn)的接軌，推動我國AI芯片標(biāo)準(zhǔn)的國際化。AI芯片的生態(tài)豐富程度事關(guān)應(yīng)用市場的接受度，完善產(chǎn)業(yè)發(fā)展生態(tài)需要深度參與國際合作。積極參與電氣電子工程師學(xué)會、固態(tài)技術(shù)協(xié)會等國際標(biāo)準(zhǔn)化組織的相關(guān)工作，爭取在國際標(biāo)準(zhǔn)制定中占據(jù)適當(dāng)?shù)匚唬苿游覈夹g(shù)標(biāo)準(zhǔn)成為國際標(biāo)準(zhǔn)。制定與標(biāo)準(zhǔn)推廣相關(guān)的政策，推動AI芯片技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)在行業(yè)內(nèi)的應(yīng)用和實施。采取標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證、示范應(yīng)用、試點推廣等方式，提高企業(yè)對AI芯片技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的接受度，促進相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的全面實施。
4. 加強“產(chǎn)教研”融合，培育產(chǎn)業(yè)應(yīng)用導(dǎo)向的人工智能芯片人才
AI芯片產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有鮮明的應(yīng)用導(dǎo)向性，技術(shù)研發(fā)與實際需求應(yīng)保持緊密關(guān)聯(lián)，相應(yīng)的人才培養(yǎng)需要“產(chǎn)教研”融合并突出產(chǎn)業(yè)應(yīng)用導(dǎo)向。面向產(chǎn)業(yè)應(yīng)用需求，鼓勵高校、科研院所、企業(yè)深度合作，聯(lián)合培養(yǎng)具有扎實專業(yè)知識、熟悉產(chǎn)品研發(fā)和商業(yè)運作的產(chǎn)業(yè)應(yīng)用型人才。引導(dǎo)企業(yè)注重內(nèi)部人才培養(yǎng)，建立完善的內(nèi)部培訓(xùn)和能力提升體系，提高自有人才的成長速度。優(yōu)化人才引進政策，鼓勵國內(nèi)外學(xué)術(shù)交流與技術(shù)合作，為海外人才以多種方式參與聯(lián)合研究提供便利條件。建立AI芯片產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和認(rèn)證體系，推動跨學(xué)科人才培養(yǎng)，有效應(yīng)對AI芯片技術(shù)的復(fù)雜性和多樣化的應(yīng)用需求。
六、結(jié)語
本文系統(tǒng)梳理了AI芯片領(lǐng)域產(chǎn)業(yè)和技術(shù)現(xiàn)狀，研判了我國AI芯片的發(fā)展方向并設(shè)計了相應(yīng)發(fā)展路徑。我國在AI芯片設(shè)計領(lǐng)域進展迅速，但在高端制造、關(guān)鍵設(shè)備、技術(shù)生態(tài)等方面仍存在“短板”；AI芯片研發(fā)成本高、周期長、高端人才缺乏等情況，客觀上制約了AI芯片產(chǎn)業(yè)的自主可持續(xù)發(fā)展。為此，亟需突破技術(shù)瓶頸、加速產(chǎn)業(yè)化、拓展國際化、實施市場扶持，重點采取技術(shù)創(chuàng)新和重點項目建設(shè)、新型芯片架構(gòu)和開源產(chǎn)業(yè)生態(tài)建設(shè)、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系制定、“產(chǎn)教研”融合等舉措，促進AI芯片產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。
著眼未來發(fā)展，隨著生成式AI、邊緣計算、智能終端等的快速演進，AI芯片的市場需求與技術(shù)要求仍將持續(xù)提升。應(yīng)著力研究存算一體、類腦芯片等前沿技術(shù)方向，保持自主創(chuàng)新與國際合作相結(jié)合，構(gòu)建完善的AI芯片發(fā)展環(huán)境；探索高效率、低功耗的芯片設(shè)計與應(yīng)用解決方案，加強AI芯片與自動駕駛、智能制造、智慧城市、醫(yī)療健康等領(lǐng)域的多場景深度融合，更好滿足多樣化的國內(nèi)國際市場需求，不斷提升我國AI芯片應(yīng)用規(guī)模與國際市場競爭力。
來源：中國工程科學(xué)
