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在追求構建更強大人工智能（AI）模型的當下，一般的通用芯片已難以支撐，行業對人工智能芯片的需求顯著增長。在AI芯片領域，有英偉達（NVIDIA）、超威半導體（AMD）、英特爾（Intel）等耳熟能詳的大公司持續深耕，也有Groq、SambaNova Systems、Cerebras Systems等后起之秀雨后春筍般涌出。AI勢頭正盛，未來AI芯片領域中，誰能躋身前列？雷峰網根據行業現有報告，梳理目前頂尖的AI硬件公司，回顧其發展動態。
主要的芯片領導者
1.英偉達NVIDIA
受益于生成式AI市場的爆發，英偉達成了數據中心人工智能芯片領域霸主——據統計，英偉達目前在數據中心AI市場擁有98%的市場份額，相比之下，AMD僅有1.2%的市場份額，英特爾則只有不到1%，英偉達的領導者地位毋庸置疑。
1990年代以來，英偉達一直在為游戲領域生產圖形處理單元(GPU)，PlayStation3和Xbox都使用英偉達的視頻圖形陣列。同時，英偉達也生產Volta、Xavier和Tesla等人工智能芯片，其芯片組旨在解決各行業的業務問題。例如，Xavier是自動駕駛解決方案的基礎，Volta則是針對數據中心；而DGX?A100和H100是英偉達成功的旗艦AI芯片，專為數據中心的AI訓練和推理而設計。目前為止，英偉達發布了H200、B200和GB200芯片，HGX服務器（如結合了8個此類芯片的HGX H200和HGX B200）；將更多芯片組合成大型叢集的NVL系列和GB200 SuperPod。
不過，需指出的是，由于英偉達的AI芯片價格高昂，且存在供應不足的問題，部分客戶也希望選擇其他替代產品。
而在云端GPU上，英偉達也幾乎處于壟斷地位，大多數云端廠商只將英偉達GPU作為云端GPU。英偉達也推出了DGX Cloud產品，直接向企業提供云端的GPU基礎架構。
近年來，國內廠商華為海思、景嘉微、海光信息、寒武紀、芯原股份、龍芯中科等，也在加速GPU領域的研發。
2、超威半導體（AMD）
AMD是一家擁有CPU、GPU和AI加速器產品的芯片制造商。在ChatGPT引發生成式AI熱潮后，人們對英偉達AI硬件的需求迅速增加，導致其采購更難。在2023年開始，有初創公司、研究機構、企業和科技巨頭開始采用AMD硬件。
2023年底，AMD發布了新一代AI/HPC專用加速器Instinct MI300系列，包括純GPU設計的MI300X、CPU+GPU融合設計的MI300A，全面對標英偉達H100系列。由于AI算力需求激增，MI300銷量增長迅速，在2024年二季度的收入超過10億美元，成為AMD有史以來增長速度最快的產品。
據悉，AMD將發布MI350系列來取代MI300，并與英偉達的H200競爭。此外，Instinct MI325X預計于2024年第四季度發貨，與H200的大規模交付僅相差一個季度——AMD表示，在運行Llama 3.1 和Mixtral 等大型AI模型時，MI325X的推理性能會比現有市場領先者H200高出20%至40%。
AMD也與HuggingFace等機器學習公司合作，使數據科學家能更有效地使用他們的硬件。不過，開發硬件的同時，軟件生態系統也至關重要，因硬件效能很大程度上依賴軟件優化。例如，AMD和英偉達在H100和MI300基準測試上存在公開分歧，分歧焦點是基準測試中使用的包和浮點數。根據最新的基準測試，對于70B LLM的推理，MI300似乎更好、或與H100相當。
3.英特爾Intel
英特爾是CPU市場最大的廠商，擁有悠久的半導體開發歷史。2017年，英特爾成為全球第一家銷售額突破10億美元大關的AI芯片公司。
英特爾的至強CPU適用于各種工作，包括數據中心的處理，對其商業成功產生了影響。在2024年9月底，英特爾發布了新一代至強6性能核處理器，代號Granite Ridge，專為滿足AI、數據分析、科學計算等計算密集型業務的需求而設計。據官方數據，與第五代至強相比，至強6處理器擁有多達2倍的每路核心數，平均單核性能提升高達1.2倍，平均每瓦性能提升高達1.6倍。
此外，Gaudi3是英特爾最新的AI加速器處理器，英特爾稱其比英偉達的H100 GPU更快、更有效率，在訓練大語言模型方面比H100快1.7倍，并且，Gaudi3的成本預算遠比H100低。不過，自2024年4月公開發布以來，目前對Gaudi3性能的基準測試仍較有限。
生產AI芯片的公共云提供商
4.AWS
AWS生產用于模型訓練的Tranium芯片和用于推理的Inferentia芯片。在2024年12月，AWS宣布Trainium2正式可用，其性能比第一代產品提升4倍，能在極短的時間內訓練基礎模型和大語言模型，且能源效率提升多達2倍。AWS將推出一款由數十萬顆自研Trainium芯片組成的巨型人工智能超級計算機。蘋果也會成為其最新的芯片客戶之一。
雷峰網還了解到，在全球云計算服務市場中，AWS獨占近半壁江山。根據2022年的統計，AWS占據全球IaaS市場份額的40%。不過，AWS是在谷歌之后才開始構建自己的芯片。
5.谷歌云平臺
TPU是谷歌推出的神經網絡專用芯片，為優化自身的TensorFlow機器學習框架而打造。其Google Cloud TPU為翻譯、照片、搜索、助手和Gmail 等產品提供支持，也可以通過Google Cloud使用。
谷歌在2016年發布了TPU，在2024年推出第六代TPU：Trillium。谷歌表示，Trillium TPU每一晶片峰值計算效能提升了4.7 倍，是“相當驚人的表現”，且Trillium TPU可以更快速地訓練下一代基礎模型，以較短的延遲時間與較低成本提供模型服務。谷歌亦強調這一產品的永續特質：與TPU v5e相比，Trillium TPU的能源效率高出67%。
除此之外，Edge TPU是谷歌Alphabet的另一款加速器芯片，它適用于多種設備類型的原型設計和生產設備，比一分硬幣還小，專為智能手機、平板電腦和物聯網設備等邊緣設備而設計。
6.阿里巴巴
阿里巴巴于2019年發布了首款AI芯片“含光800”，這款云端AI芯片是當時全球最高性能的AI推理芯片，主要應用于視覺場景。據悉，其基于12nm工藝與自研架構，集成了170億晶體管，性能峰值算力達820 TOPS。在業界標準的ResNet-50測試中，推理性能達到78563 IPS，比當時業界最好的AI芯片性能高出四倍；能效比達500 IPS/W，是第二名的3.3倍。
7.IBM
IBM于2022年發布其最新的深度學習芯片——人工智能單元(AIU)。IBM表示，這是其第一個完整的系統單芯片，旨在比通用CPU更快、更有效率地運行和訓練深度學習模型。IBM正在考慮使用這些芯片為其生成式AI平臺watson.x提供支持。
AIU基于“IBM Telum處理器”構建，該處理器為IBM Z大型機服務器的AI處理功能提供支持。Telum處理器推出時的突出用例包括欺詐檢測等。IBM還展示了合并計算和內存可以提高效率，并在North Pole處理器原型中得到演示。
領先的AI芯片初創公司
一些AI芯片行業的初創公司盡管才剛剛成立，卻已經籌集了數百萬美元，未來我們可能會更頻繁聽到它們的名字。
8.Groq
Groq由谷歌前員工創立。其自研的LPU（語言處理器），旨在以前所未有的速度加速AI模型。在2024年，Groq憑借自研的硬件加速器LPU，達成了500個token/s的神級推理速度，秒殺ChatGPT。行內人士認為，Groq代表了可用速度的一步變化，為LLM提供了新的用例。Groq創始人表示，Groq的存在是為了消除“貧富差距”，幫助AI社區中的每個人蓬勃發展。
Groq專注于LLM推理，并發布了Llama-270B的基準測試。2024年第一季度，該公司表示，有7萬名開發人員在其云平臺上注冊并構建了1.9萬個新應用程序。而早在2022年3月1日，Groq收購了Maxeler，后者為金融服務提供高性能計算(HPC)解決方案。Groq已經籌集了約3.5億美元，并生產了GroqChip?處理器、GroqCard?加速器等。
9.SambaNova Systems
SambaNova Systems成立于2017年，旨在為大量生成式AI工作負載開發高性能、高精度硬件軟件系統。該公司開發了全球首款面向萬億參數規模AI模型的AI芯片系統——基于可重構數據流單元 (RDU) 的AI芯片SN40L。據悉，該芯片專門為運行企業應用程序的大型語言模型而構建，其設計目標是能承載ChatGPT高級版本兩倍容量以上的大模型，可為一個擁有5萬億個參數的模型提供服務。對比英偉達的H100芯片，SN40L不僅推理性能達到了H100的3.1倍，在訓練性能也達到了H100的2倍，而總擁有成本更僅有其1/10。
不僅如此，SambaNova Systems還將其平臺出租給企業。SambaNova的人工智能平臺即服務方式，使其系統更易于采用，并鼓勵硬件重復使用以實現循環經濟。該公司也已籌集了超過11億美元的資金。
10.Cerebras Systems
Cerebras Systems成立于2015年，推動了芯片設計領域的一場革命——將整片晶圓制成一個巨大的芯片。其于2019年推出的WSE-1，具有1.2萬億個晶體管和40萬個處理核心，可同時專注于AI和HPC（高性能計算機群）的工作負載。
而在2021年，Cerebras推出專為超級計算機任務打造的Wafer Scale Engine 2（WSE-2），為當時全球最大AI芯片。與其之前推出的WSE-1相比，WSE-2在面積上沒有變化，但擁有創紀錄的2.6萬億個晶體管以及85萬個AI優化核，其芯片的所有性能特征，均比一代增加了一倍以上。2024年3月，Cerebras發布擁有4萬億個晶體管和90萬個AI核心的WSE-3，將用于訓練一些業界最大的人工智能模型，理論上能訓練多達24萬億個參數的AI模型。WSE-3采用臺積電先進的5納米工藝技術，將其現有最快AI芯片的世界紀錄提升了一倍。
雷峰網(公眾號：雷峰網)了解到，Cerebras的系統還與阿斯利康和葛蘭素史克等制藥公司及研究實驗室合作，如利用生物數據集訓練大規模的語言模型，能顯著縮短AI模型訓練時間、加快研發進程，對新藥的發現和開發具有重要意義。
11.Etched
他們選擇為了效率而犧牲了靈活性——將變壓器架構刻錄到芯片中。
Etched宣布推出一款針對Transformer架構專用的ASIC芯片“Sohu”。據稱，8個Sohu芯片每秒可以生成500,000個token，遠超過配備8張英偉達最新的B200 GPU加速卡的服務器約10倍，其AI性能達到英偉達H100的20倍——這也意味著Sohu芯片將可以大幅降低現有AI數據中心的采購成本和安裝成本。
不過，目前，這些都是基于團隊的內部測量，許多問題還沒有得到解答：模型過時時如何處置？用戶是否需要購買新芯片，還是舊芯片可以用下一個模型重新配置？他們如何運行基準測試，使用了哪種量化和模型？此外，考慮到每隔幾個月就會發布新模型，將模型刻錄到芯片中的做法是否可持續，這一答案也令人期待。
12.Tenstorrent
Tenstorrent生產高性能AI芯片Wormhole芯片，可擴展且成本效益高；還有供研究人員使用的臺式機和由Wormhole芯片驅動的服務器（例如Tenstorrent Galaxy）。該公司還為其解決方案提供軟件棧。據悉，Tenstorrent于2024年12月從包括杰夫·貝佐斯(Jeff Bezos)在內的投資者那里籌集了7億美元，估值超過26億美元。
即將到來的AI硬件生產商有哪些？
還有一些引人注目的AI硬件解決方案，但由于它們是市場新手，目前對其有效性的基準測試有限。
蘋果作為一家主要的芯片設計商，也在自研數據中心AI芯片——項目名為ACDC。據稱，該公司正在與臺積電合作設計和生產這些人工智能芯片。這些服務器芯片的主要焦點可能是AI推理，其中涉及經過訓練的機器學習模型從新數據中得出結論。而就在2024年12月底，有消息稱蘋果正與博通合作開發AI芯片，是其首個專為人工智能設計的服務器芯片，或為行業帶來更深刻的變革。
Meta也努力想在生成式AI領域趕上競爭對手。在英特爾宣布其最新AI加速器硬件的第二天，Meta公布其芯片研發的最新成果：下一代 MTIA（Meta Training and Inference Accelerator），MTIA是專為Meta AI工作負載而設計的定制芯片系列。據悉，下一代MTIA基于臺積電5nm技術，據稱與MTIAv1相比性能提高了3倍。MTIA目前供Meta內部使用，但未來如果Meta推出基于LLaMa的企業生成AI產品，這些芯片可以為此類產品提供支持。
此外，微軟于2023年11月推出Maia AI加速器。還有總部位于韓國的初創公司Rebellions在2024年籌集了1.24億美元，專注于LLM推理。
還有一些AI芯片生產商 ，如Graphcore，一家成立于2016年的英國公司，已發布其旗艦AI芯片IPU-POD256，能提供64 petaFLOPS的AI計算。該公司已獲得了約7億美元的融資，與DDN、Pure Storage和Vast Data等數據存儲公司建立了戰略合作伙伴關系，其AI芯片服務于牛津大學OMI量化金融研究院、布里斯托大學和加州大學伯克利分校等研究機構。不過，該公司的長期生存能力面臨風險，因其每年虧損約2億美元，2024年10月，軟銀（Softbank）以多于6億美元的價格收購了它。
而成立于2012年、專注于邊緣AI的Mythic，走的是一條非常規的路線——模擬計算架構，旨在提供節能的邊緣AI計算。它推出了模擬計算引擎（ACE）M1076 AMP、MM1076 key card等產品，并已籌集了約1.65億美元的資金。不過，Mythic在2023年3月的融資中解雇了大部分員工并重組了業務。
同時，OpenAI也在籌集資金打造自己的AI硬件。
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