2020年开始，芯片短缺持续困扰着全球相关产业。根据美国电子元器件分销商搜芯易的数据，今年2月，全球芯片订单交货时间比去年10月份增加5至15周，某类处理器的最长交货时间达99周，交付周期延长的同时，芯片价格也一路飙升，平均涨幅达15%①。

人工智能行业同样需要芯片。根据AMiner12018 年发布的《人工智能芯片研究报告》，广义上只要能够运行人工智能算法的芯片都叫作人工智能芯片，但通常意义上指的是针对人工智能算法做了特殊加速设计的芯片。人工智能芯片作为应用底层硬件，为人工智能的算法、算力和数据提供支撑，提升计算性能，降低成本和功耗，从而支持更加复杂的人工智能应用。

有哪些种类的人工智能芯片

 根据技术架构和应用场景的不同，可对人工智能芯片进行以下分类。

按技术架构分类，目前人工智能芯片有两种发展路径：一种是延续传统计算架构，加速硬件计算能力，主要以GPU、FPGA、ASIC 为代表，目前CPU 依旧发挥着不可替代的作用；另一种是颠覆经典的冯·诺依曼结构，采用类脑神经结构来提升计算能力。当前，GPU 配合CPU 仍然是人工智能芯片的主流， 而随着视觉、语音、深度学习的算法在 FPGA 及 ASIC 芯片上的不断优化，这两种芯片将逐步占有更多的市场份额，从而与 GPU 达成长期共存的局面。但从长远看，神经拟态芯片是未来发展的方向②。

按应用场景分类，人工智能芯片可分为“云人工智能芯片”和“端人工智能芯片”。云人工智能芯片需要具备强大的性能，能够同时支持大量运算，灵活地支持图片、语音、视频等不同的人工智能应用，让各种智能设备和云端服务器进行快速的连接，且能够最大程度地保证连接的稳定性；端人工智能芯片体积小、耗电少，性能不需要特别强大，通常只需支持一两种AI 能力，端人工智能芯片需要嵌入设备内部，让设备的 AI 能力进一步提升，并且让设备在没有联网的情况下也能够使用相应的AI 能力③。

 什么是纳米（nm），为什么越小越好

 纳米是长度单位（1纳米约为十万分之一毫米），指的是芯片中晶体管栅极的宽度，比如三星的猎户座1080芯片晶体管栅极就是5nm宽，那这个芯片就叫做5nm制程芯片，简称5nm芯片。

芯片就像一台设备的大脑，当大脑运转时，电流会从芯片晶体管的源极流入漏极，中间会经过一道闸门叫做栅极，电流经过栅极会有耗损，所以为了减少损耗，就必须缩短栅极的宽度。然而并不是所有行业都在追求小制程的芯片。在当今芯片制造业，28nm是成熟制程与先进制程的分界线，以工业和军事领域为例，它们更关注的是芯片在各类极端环境下的可靠性和耐久度，并不会像手机和平板厂商那样，对芯片的功耗、发热和占用面积有苛刻的要求④。

为什么会出现芯片“卡脖子”

 人工智能芯片行业是一个庞大而复杂的产业链，包括设计、制造、封装、测试四大环节。政治风险咨询公司欧亚集团网络安全专家Paul Triolo 认为，对中国而言，发展人工智能芯片行业，仅靠推出针对人工智能进行优化的芯片是不够的， 只有将芯片融入多层生态链中，而且开发者愿意针对芯片研发人工智能应用，才能获得真正的成功。

2020 年，我国芯片进口额3500.4 亿美元，是进口的最大单一类商品，但我国人工智能芯片在设计软件、制造等领域存在被国外巨头“卡脖子”的风险。芯片设计必需的 EDA（Electronic Design Automation）软件被新思科技（Synopsys）、楷登电子（Cadence）与西门子 EDA（原 Mentor Graphics）高度垄断；卡脖子最严重的是制造环节，芯片构造极为精密，对制造设备的复杂度也有超高要求，在全球光刻机市场中，荷兰ASML公司占据了霸主地位，其生产的 EUV（极紫外光）光刻机制造难度极高，需要多个国家、多个领域的顶级公司通力合作，比如光刻机的镜头由德国蔡司垄断，激光技术在美国公司Cymer手中（该公司2013年已被ASML 收购）⑤。

不可否认的是，与美国、韩国、欧洲等市场相比，中国的芯片行业还有一定差距，但在国家科技重大专项、产业基金和相关政策支持下，我国的芯片设计和封装高速发展，涌现出中芯国际、阿里平头哥、聆思、寒武纪等芯片企业。展望未来，在高端芯片领域取得突破，努力提升芯片自给率，是我国芯片行业需要努力攻破的难题。

供稿人：科大讯飞华南有限公司战略研究室曹菁

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①中国网，芯片交货周期逼近两年，芯片短缺什么时候能缓解?

②知乎·集成电路与计算机，人工智能芯片前沿解读。

③微信公众号，hanniman，“AI芯片”通识。 

④澎湃新闻，人类陷入“制程焦虑”，但芯片真的越小越好么。

⑤中央纪委国家监委，华为芯片断供 "卡脖子"倒逼攻坚。