CPU的時(shí)代一去不復(fù)返 AI“芯”機(jī)會(huì)是留給它們的

　　“有幾次我們差點(diǎn)就倒閉了。”公司創(chuàng)始人通常都不會(huì)談?wù)撟约汗緸l臨破產(chǎn)的經(jīng)歷，不過(guò)英偉達(dá)(Nvidia)的老板黃仁勛沒(méi)什么理由要避忌。他的公司近來(lái)捷報(bào)頻傳。過(guò)去一個(gè)季度，這家開(kāi)發(fā)微處理器和相關(guān)軟件的公司收益增長(zhǎng)55%，達(dá)22億美元，股價(jià)在過(guò)去12個(gè)月幾乎翻了兩番。

　　英偉達(dá)的成功有很大一部分原因是人們對(duì)其生產(chǎn)的芯片需求增長(zhǎng)很快。這種名為圖形處理器(GPU)的芯片能讓個(gè)人電腦成為快速游戲設(shè)備。且GPU還有了新的用武之地，特別是為數(shù)據(jù)中心提供人工智能程序耗費(fèi)的大量計(jì)算能力。

　　這些芯片飛漲的銷量(見(jiàn)圖表)是迄今為止信息技術(shù)長(zhǎng)期轉(zhuǎn)型最顯著的標(biāo)志。摩爾定律放慢了腳步(不久之前這個(gè)定律還保證計(jì)算能力大約每?jī)赡陼?huì)翻一番)，加之云計(jì)算和AI的快速崛起，計(jì)算的體系正趨于碎片化。這對(duì)半導(dǎo)體行業(yè)及業(yè)內(nèi)主導(dǎo)企業(yè)英特爾有著深遠(yuǎn)的影響。

　　摩爾定律以英特爾創(chuàng)始人之一戈登·摩爾(Gordon Moore)的名字命名。在該定律完全應(yīng)驗(yàn)之時(shí)，情況很簡(jiǎn)單。無(wú)論是在個(gè)人電腦(PC)還是服務(wù)器(數(shù)據(jù)中心里性能更強(qiáng)勁的計(jì)算機(jī))中，名為“中央處理單元”(CPU)的一類微處理器都可處理大多數(shù)“工作負(fù)載”(各類計(jì)算任務(wù)的總稱)。英特爾制造的CPU性能最為強(qiáng)大，因此這家公司不僅在PC處理器市場(chǎng)一家獨(dú)大(占據(jù)約8o%的市場(chǎng)份額)，還幾乎完全壟斷了服務(wù)器的處理器市場(chǎng)。2016年，英特爾的收入接近600億美元。

　　如今這個(gè)單極世界已開(kāi)始崩潰。處理器性能提升的速度并不足以滿足例如機(jī)器學(xué)習(xí)以及其他AI應(yīng)用程序的需求。這些應(yīng)用都需要大量的數(shù)據(jù)，消耗的數(shù)字運(yùn)算能力比幾年前所有數(shù)據(jù)中心加起來(lái)還要多。英特爾的客戶，如谷歌、微軟和其他大數(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)商，正在選擇來(lái)自其他公司越來(lái)越專門化的處理器，而且還開(kāi)始設(shè)計(jì)自己的處理器。

　　英偉達(dá)的GPU就是一個(gè)例子。這些GPU最初是設(shè)計(jì)用來(lái)運(yùn)行交互式視頻游戲所需的大量復(fù)雜計(jì)算。GPU有數(shù)百個(gè)專用“核心”(處理器的“大腦”)并行工作，而CPU只有幾個(gè)強(qiáng)大的核心來(lái)按順序處理計(jì)算任務(wù)。英偉達(dá)最新的處理器擁有3584個(gè)核心，而英特爾的服務(wù)器CPU最多只有28個(gè)。

　　英偉達(dá)上次瀕臨倒閉是在2008至2009年全球金融危機(jī)期間，不過(guò)它也是在那時(shí)時(shí)來(lái)運(yùn)轉(zhuǎn)。它發(fā)現(xiàn)自家芯片在對(duì)沖基金和研究機(jī)構(gòu)那里有了新用途，例如用來(lái)計(jì)算復(fù)雜的投資和氣候模型。英偉達(dá)開(kāi)發(fā)了一種被稱為CUDA的編程語(yǔ)言，幫助其客戶就不同任務(wù)為處理器編程。當(dāng)云計(jì)算、大數(shù)據(jù)和AI在幾年前勢(shì)頭漸勁時(shí)，能夠滿足這些需求的正是英偉達(dá)芯片。

　　每個(gè)互聯(lián)網(wǎng)巨頭都在使用英偉達(dá)的GPU，以令它們的AI服務(wù)能夠從醫(yī)學(xué)到圖像和人類語(yǔ)音等各類材料中吸收大量數(shù)據(jù)。上一個(gè)財(cái)年，英偉達(dá)面向數(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)商的芯片銷售額增長(zhǎng)了兩倍，達(dá)到 2.96億美元。

　　不過(guò)，GPU只是這些被稱為加速器的專用處理器中的一種。為了提高運(yùn)營(yíng)效率并在競(jìng)爭(zhēng)中保持領(lǐng)先，云計(jì)算公司會(huì)混用和搭配芯片，因此專用處理器的范圍也在擴(kuò)大。負(fù)責(zé)谷歌技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施的烏爾斯·霍爾澤(Urs Holzle)這樣描述在靈活性、速度和成本因素之間取得平衡：要為合適的工作找到合適的工具。

　　專用處理器的一種極端形式是專用集成電路(ASIC)。顧名思義，這種電路為單一目的而搭建。相較于其他芯片，它們速度最快，能效也最高。數(shù)十個(gè)創(chuàng)業(yè)公司都正在開(kāi)發(fā)這種已內(nèi)置AI算法的芯片。谷歌已打造了一個(gè)叫作“張量處理單元”(TPU)的ASIC,用于語(yǔ)音識(shí)別。

　　另一個(gè)方向的極端是現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)。這種芯片可以編程，靈活性也就更大，因此盡管這種芯片不易駕馭，微軟還是把它加入到許多服務(wù)器中，比如微軟的在線搜索必應(yīng)(Bing)的服務(wù)器里就有它們。微軟的云計(jì)算平臺(tái)Azure的首席技術(shù)官馬克·拉希諾維奇(Mark Russinovich)說(shuō)：“我們現(xiàn)在有世界上最多的 FPGA?！?/p>

　　該提心吊膽了

　　近年來(lái)，英特爾沒(méi)有制造ASIC或 FPGA，而是致力于制造更為強(qiáng)勁的CPU。沒(méi)有人認(rèn)為傳統(tǒng)處理器很快就要失去用武之地：每個(gè)服務(wù)器都需要這些處理器，無(wú)數(shù)的應(yīng)用程序也都在其上運(yùn)行。英特爾的芯片銷量仍在增長(zhǎng)。不過(guò)IT咨詢公司高德納(Gartner)的艾倫·普里斯特利(Alan Priestley)說(shuō)，加速器正在加速的增長(zhǎng)對(duì)英特爾來(lái)說(shuō)似乎是個(gè)壞消息。加速器上進(jìn)行的計(jì)算越多，留給CPU的就越少。

　　一種對(duì)策就是通過(guò)收購(gòu)來(lái)趕上加速器的發(fā)展。2015年，英特爾以 167億美元的天價(jià)收購(gòu)了FPGA制造商Altera;去年8月，它又以4億多美元買下Nervana——這家創(chuàng)業(yè)公司剛成立三年，正在開(kāi)發(fā)從軟件到芯片的專用AI系統(tǒng)。英特爾稱視專用處理器為機(jī)遇而非威脅。主管英特爾數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)的黛安·布萊恩特(Diane Bryant)解釋說(shuō)，新的計(jì)算工作負(fù)載往往先在專用處理器上進(jìn)行，到頭來(lái)還是會(huì)被“拉入CPU”。例如，加密計(jì)算以前在單獨(dú)的半導(dǎo)體上進(jìn)行，但現(xiàn)在只是英特爾CPU上的簡(jiǎn)單指令，全球幾乎所有計(jì)算機(jī)和服務(wù)器上都在運(yùn)行。在加速器上運(yùn)行AI等新型工作負(fù)載意味著成本增加、復(fù)雜性更高。

　　這樣的整合一旦發(fā)生，英特爾已經(jīng)進(jìn)行了投資以占領(lǐng)先機(jī)。今年夏天，英特爾將開(kāi)始銷售代號(hào)為 Knights Mill的新處理器，與英偉達(dá)一爭(zhēng)高下。英特爾還在利用 Nervana的技術(shù)開(kāi)發(fā)另一款代號(hào)為 Knights Crest的芯片。到某個(gè)時(shí)候，英特爾還會(huì)將其CPU與Altera的FPGA整合在一起。

　　可以預(yù)見(jiàn)，競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手對(duì)未來(lái)有著不同的看法。英偉達(dá)認(rèn)為它已搭建了自己的計(jì)算平臺(tái)。許多公司已經(jīng)編寫(xiě)了AI應(yīng)用程序在英偉達(dá)的芯片上運(yùn)行，并且英偉達(dá)還為其他類型的程序創(chuàng)建了軟件基礎(chǔ)設(shè)施，用于實(shí)現(xiàn)可視化和虛擬現(xiàn)實(shí)等功能。幾十歲高齡的計(jì)算巨頭IBM也在試著搶英特爾的生意。IBM學(xué)習(xí)開(kāi)源軟件的做法，在2013年“開(kāi)源”了其Power處理器的架構(gòu)，把它變成了半導(dǎo)體業(yè)的一種共有資源。專用芯片制造商可以更輕松地將它們的產(chǎn)品與 Power CPU整合，并且對(duì)平臺(tái)如何發(fā)展有了發(fā)言權(quán)。

　　未來(lái)很大程度上將取決于AI的發(fā)展，市場(chǎng)研究公司IDC的馬修·伊斯特伍德(Matthew Eastwood)說(shuō)。他認(rèn)為如果AI最終沒(méi)有帶來(lái)許多人所期待的革命，而只是在幾年內(nèi)帶來(lái)了變革，英特爾還是有機(jī)會(huì)的。但是，如果AI在未來(lái)十年或更長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)繼續(xù)影響芯片行業(yè)，其他種類的處理器將有更多的機(jī)會(huì)攻占市場(chǎng)。鑒于AI技術(shù)應(yīng)用之廣泛，第二種情況的可能性似乎可大。當(dāng)然，運(yùn)算任務(wù)無(wú)論多大多復(fù)雜一概由又大又笨的CPU處理的時(shí)代已經(jīng)結(jié)束了。CPU的墜落就像童謠中的蛋頭先生摔下墻頭變成碎片那樣，英特爾的兵馬再怎么努力也無(wú)法將它復(fù)原了。