本文將在討論當(dāng)前世界各國芯片發(fā)展現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)介紹日本在AI芯片發(fā)展過程中的經(jīng)驗(yàn)、教訓(xùn)，以及技術(shù)特點(diǎn)與優(yōu)勢，并針對我國的技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，有針對性地提出對我國AI芯片發(fā)展的建議。

AI芯片發(fā)展現(xiàn)狀

自1956年的達(dá)特茅斯會議以來，人工智能正面臨著學(xué)科建立以來前所未有的科學(xué)技術(shù)和市場應(yīng)用爆發(fā)潮。作為人工智能應(yīng)用落地的關(guān)鍵技術(shù)及基礎(chǔ)，人工智能(AI)芯片在為科技巨頭的業(yè)務(wù)升級、傳統(tǒng)企業(yè)的業(yè)務(wù)變革帶來新機(jī)遇的同時，也點(diǎn)燃了資本市場的投資熱情。

近年來，各大公司推出的AI芯片層出不窮。自驍龍820處理器起，高通公司開始投入AI芯片的研發(fā)，到驍龍845已經(jīng)是第三代，其AI計(jì)算效能達(dá)到了前一代的三倍，長期占領(lǐng)移動通訊市場份額的頭把交椅?；ヂ?lián)網(wǎng)巨頭谷歌在開源了自己的TensorFlow深度學(xué)習(xí)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)框架后，迅速打造了自己基于專用集成電路(ASIC)的專用TPU芯片。傳統(tǒng)軟件行業(yè)領(lǐng)頭羊微軟則將重心放在FPGA人工智能芯片上，并將其應(yīng)用于支持Bing搜索。此外，微軟還推出了具有視覺理解能力的視覺芯片A-eye。憑借著GPU在人工智能應(yīng)用中的先天性優(yōu)勢，英偉達(dá)成為近年來AI芯片行業(yè)最大的黑馬。今年6月，英偉達(dá)發(fā)布了一款專為機(jī)器人打造的全新 AI 芯片Jetson Xavier，并宣稱該款芯片的性能較之前的芯片強(qiáng)大20倍。近年來，我國的AI芯片發(fā)展也取得了一定的成績。今年5月份，寒武紀(jì)科技在終端、云端同時推出了新的AI芯片，是全球首次采用7nm工藝制造的芯片。8月底，華為在今年柏林國際電子消費(fèi)品展覽會上展出了全新一代7nm制程的旗艦處理器海思麒麟980。

除了這些傳統(tǒng)的信息技術(shù)服務(wù)提供商外，許多直接面向客戶提供終端產(chǎn)品的企業(yè)也紛紛加入AI芯片的研發(fā)行列中。智能手機(jī)的行業(yè)巨頭蘋果公司表示，在其新款的iPhone 8和iPhone X手機(jī)上所使用的A11處理器集成了一個專用于機(jī)器學(xué)習(xí)的硬件神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)引擎芯片，能夠改進(jìn)蘋果設(shè)備在處理諸如面部識別和語音識別等需要人工智能的任務(wù)時的表現(xiàn)。新一代電動汽車制造商特斯拉早前也與芯片制造商AMD聯(lián)合研發(fā)了用于自動駕駛的AI芯片。我國家電行業(yè)制造巨頭格力電器也表示，計(jì)劃投資500億用于芯片的研發(fā)和制造。我國還成立了專門的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)基金，在芯片設(shè)計(jì)和制造領(lǐng)域頻頻進(jìn)行資本運(yùn)作，投資了包括封測、材料等上下游企業(yè)。

從以上信息我們不難發(fā)現(xiàn)當(dāng)前芯片產(chǎn)業(yè)發(fā)展中的幾個重要趨勢和現(xiàn)象：

1、由于各類芯片的應(yīng)用場景廣泛，幾乎涵蓋了一切電子產(chǎn)品，不同行業(yè)的生產(chǎn)廠商的跨界合作與研發(fā)是非常普遍的現(xiàn)象。

2、由于芯片制造行業(yè)在研發(fā)和制造成本上的特殊性，資本的推動對于整個行業(yè)的發(fā)展具有特殊的意義。同時，長遠(yuǎn)來看最終形成寡頭壟斷的趨勢也非常明顯。

3、在知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)日益進(jìn)步的大背景下，領(lǐng)先企業(yè)較追趕企業(yè)具有較大的競爭優(yōu)勢和較深的技術(shù)護(hù)城河。作為追趕者的企業(yè)想要后發(fā)超越所面臨的困難非常大。

當(dāng)前AI芯片的發(fā)展如何呢?表1梳理了當(dāng)前世界各大科技巨頭的產(chǎn)品特點(diǎn)及性能，從宏觀上介紹目前AI芯片的發(fā)展概貌。

日本芯片搶占人工智能高地

表1 當(dāng)前世界各大科技巨頭的產(chǎn)品特點(diǎn)及性能

芯片一直是懸在中國上方的達(dá)摩克利斯之劍。在經(jīng)歷了今年初的中興事件后，我國的芯片產(chǎn)業(yè)受到了空前的關(guān)注，并很快取得了一些突破性的進(jìn)展。然而，作為技術(shù)上的追趕者，面對無處不在的技術(shù)封鎖，我國更應(yīng)該博采眾長，廣泛借鑒世界各國在芯片及半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展過程中的經(jīng)驗(yàn)。以及有許多圍繞歐美國家的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展的報道，而對于我國一衣帶水的鄰邦、曾經(jīng)的半導(dǎo)體制造大國日本的關(guān)注相對較少。

針對這一個問題，本文旨在介紹日本近年來AI芯片產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀與動向的基礎(chǔ)上，針對我國相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展過程中也可能存在的共性問題，提出適當(dāng)?shù)慕ㄗh。

日本的人工智能與半導(dǎo)體行業(yè)

根據(jù)日本研究機(jī)構(gòu)DataArtist的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，日本的AI關(guān)聯(lián)企業(yè)數(shù)量大約在200至300家，相對于美國包括谷歌、IBM、微軟等科技巨頭在內(nèi)上千家AI關(guān)聯(lián)企業(yè)的規(guī)模，日本的AI關(guān)聯(lián)企業(yè)無疑顯得勢單力薄。此外，DataArtist的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)還顯示，2011至2015年間，中國發(fā)表的AI關(guān)聯(lián)論文已達(dá)41000篇，美國達(dá)到了25500篇，而日本只有11700篇。30年前，日本的半導(dǎo)體產(chǎn)品占世界總產(chǎn)量的45%，是當(dāng)時世界最大的半導(dǎo)體生產(chǎn)國。截止到1990年，全球前10大半導(dǎo)體廠商中，日本就占了6席，風(fēng)頭一時無二。然而，如今日本的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)市場份額只有10%，仿佛與經(jīng)濟(jì)一樣陷入了“失去的三十年”。以至于日本媒體一直感慨美國和中國已經(jīng)在引領(lǐng)世界AI的風(fēng)潮。

日本的半導(dǎo)體制造業(yè)，特別是與人工智能相關(guān)的AI芯片制造業(yè)現(xiàn)狀究竟如何?是否真的那么不堪?事實(shí)并非如此。下面，本文將從學(xué)術(shù)層面、產(chǎn)業(yè)層面，以及資本和政策層面介紹和分析日本AI芯片產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀。

1、學(xué)術(shù)層面

日本學(xué)界充分認(rèn)識到半導(dǎo)體人才培養(yǎng)的重要性，1996年就在東京大學(xué)建立了大規(guī)模集成系統(tǒng)教育研究中心(VDEC)，培養(yǎng)的許多人才以及研究成果已經(jīng)為日本的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展做出了巨大的貢獻(xiàn)。此外，東京大學(xué)杉山研究所在機(jī)器學(xué)習(xí)方面、河野研究室在硅神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方面、以及京都大學(xué)的小野研究室在LSI系統(tǒng)等方面的研究都取得了許多重要成果。日本東北大學(xué)的國際集成電路研究開發(fā)中心(CIES)則從材料制備的角度入手，專注于如何利用磁性隧道結(jié)(MTJ)的優(yōu)良特性來構(gòu)建AI芯片的電路。

在專注前沿領(lǐng)域研究的同時，日本學(xué)界還非常注重相關(guān)知識的科普教育。日本電子機(jī)械協(xié)會(EIAJ)大規(guī)模集成電路開發(fā)支援中心(VSAC)、半導(dǎo)體理工學(xué)研究中心(STARC)等相關(guān)學(xué)會都會不定期地舉辦一些公益性質(zhì)的講座，為公眾普及相關(guān)知識。

此外，日本大學(xué)在人工智能的國際交流方面也很活躍。2017年，中國賽為智能與大阪大學(xué)簽署合作協(xié)議，深耕智能護(hù)理領(lǐng)域，共同開發(fā)可用于人體醫(yī)學(xué)信號監(jiān)測的護(hù)理床墊原型機(jī)。

2、產(chǎn)業(yè)層面

日本的制造業(yè)素來奉行造物的工匠精神。這一點(diǎn)，在AI芯片的研發(fā)導(dǎo)向上也可見一斑。主要表現(xiàn)在以下兩點(diǎn)：

(1)以2014年東芝剝離NAND Flash業(yè)務(wù)為標(biāo)志，日本企業(yè)徹底退出了消費(fèi)級半導(dǎo)體市場第一陣營。但是，日本在半導(dǎo)體材料和制造設(shè)備上的市場份額卻一直保持著很高的比例。據(jù)國際半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)協(xié)會(SEMI)推測，日本的半導(dǎo)體材料行業(yè)在全球占有絕對優(yōu)勢，在硅晶圓、光刻膠、鍵合引線、模壓樹脂及引線框架等重要材料方面占有很高份額，總份額達(dá)到約52%。而在半導(dǎo)體設(shè)備領(lǐng)域，全球規(guī)模以上晶圓制造設(shè)備商共計(jì)58家，其中，日本企業(yè)多達(dá)21家。因此，在半導(dǎo)體市場上，日本雖然失去了商品市場，但是沒有失去制造能力。這樣的技術(shù)儲備，完全足以支撐日本廠商在必要的時候重新占領(lǐng)市場。

(2) 在AI芯片的應(yīng)用定位上，相比主流的云計(jì)算AI芯片，日本制造業(yè)更側(cè)重于研發(fā)面向邊緣計(jì)算的終端AI芯片，例如，面向物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的傳感器芯片和自動駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS)的芯片。在當(dāng)前階段，研發(fā)這些AI芯片的目的，都是為了增強(qiáng)日本傳統(tǒng)制造業(yè)產(chǎn)品的競爭力。

3、資本與政策層面

近年來，日本的資本界低調(diào)地進(jìn)行了幾次實(shí)際上足以改變整個人工智能產(chǎn)業(yè)格局的收購。由于認(rèn)識到日本在AI芯片設(shè)計(jì)上的短板，日本軟銀于2016年用310億美元收購了英國老牌芯片公司ARM，2017年又從谷歌接手了著名的波士頓動力系統(tǒng)公司。市場研究顧問公司Compass Intelligence發(fā)布的最新研究結(jié)果顯示，在全球AI芯片企業(yè)排名中，ARM公司排在第7位。而同一排名中，中國排名最高的華為海思也僅排在第12位。今年8月份，三菱旗下的子公司花費(fèi)了上百億日元收購了一家德國專門生產(chǎn)半導(dǎo)體清潔設(shè)備的公司。這些資本市場的運(yùn)作，有利地支撐了日本半導(dǎo)體行業(yè)的發(fā)展。

日經(jīng)新聞報道稱，由于擔(dān)心日本的人工智能研究落后于人，日本政府也成立了專門的基金用以支持國內(nèi)AI芯片的研發(fā)，同時也加大了對高校和科研機(jī)構(gòu)在AI芯片研究經(jīng)費(fèi)上的支持力度。半官方背景的日本新能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開發(fā)機(jī)構(gòu)(NEDO)今年提出了一個旨在全面整合日本AI芯片“產(chǎn)學(xué)研”資源的政策建議。其中特別強(qiáng)調(diào)了基于舉國體制從人才培養(yǎng)、技術(shù)儲備、設(shè)備制造、商業(yè)環(huán)境等全方位爭取AI芯片產(chǎn)業(yè)制高點(diǎn)的戰(zhàn)略意義。

這些舉措表明，日本并沒有放棄在半導(dǎo)體，特別是AI芯片領(lǐng)域的競爭。相反，日本不僅一直牢牢把握著AI芯片制造的核心技術(shù)，而且正在舉全國之力試圖重新奪回半導(dǎo)體行業(yè)的霸主地位，并在新一輪以人工智能為標(biāo)志的產(chǎn)業(yè)升級競爭中取得優(yōu)勢。

近年來，日本的AI芯片制造業(yè)也推出了許多新品。富士通推出了面向深度學(xué)習(xí)的AI芯片DLU(Deep Learning Unit)，并建造了超級計(jì)算機(jī)“京”。東芝專門針對深度學(xué)習(xí)中的張量計(jì)算問題，提出用于開發(fā)AI芯片的半導(dǎo)體電路技術(shù)TDNN(Time Domain Neural Network)，使得AI芯片的電力消耗下降了一半。2017年，日本電裝推出了半導(dǎo)體芯片DFP(Data Flow Processor)，適用于自動駕駛中的認(rèn)知、判斷、操作等需求。瑞薩推出了一款基于其e-AI(embedded-Artificial Intelligence)構(gòu)想、適用于自動駕駛深度學(xué)習(xí)的通用芯片DRP(Dynamically Reconfigurable Processor)。傳統(tǒng)的電子技術(shù)巨頭NEC則與東京大學(xué)緊密合作，致力于研發(fā)下一代類腦計(jì)算AI芯片。

一系列跡象表明，日本的AI芯片產(chǎn)業(yè)在未來幾年很可能會迎來一個集中的爆發(fā)期。

“加快AI芯片開發(fā)的創(chuàng)新推進(jìn)項(xiàng)目”基本計(jì)劃

要實(shí)現(xiàn)“只在有需要時，將需要的物品和服務(wù)提供給有需要的人，只提供需要的數(shù)量，細(xì)致滿足社會的各種需求，所有人都得到高品質(zhì)的服務(wù)，克服年齡、性別、地區(qū)、語言等各種差異，可以輕松舒適地生活”的超智能社會5.0(Society 5.0)，必須將第四次工業(yè)革命技術(shù)以及用其創(chuàng)造的產(chǎn)品和服務(wù)陸續(xù)應(yīng)用于社會。日本政府圍繞上述問題出臺了一系列的相關(guān)政策。其中，日本新能源?產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開發(fā)機(jī)構(gòu)(NEDO)物聯(lián)網(wǎng)推進(jìn)部、創(chuàng)新推進(jìn)部于2018年4月發(fā)布“加快AI芯片開發(fā)的創(chuàng)新推進(jìn)項(xiàng)目”基本計(jì)劃。

邊緣計(jì)算技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備(邊緣側(cè))進(jìn)行中央信息處理，其重要性和價值日益增加。雖然日本的創(chuàng)業(yè)企業(yè)具有AI的先進(jìn)技術(shù)，但為了開發(fā)出具有競爭力的AI芯片，不僅需要AI和芯片的設(shè)計(jì)、軟硬件的知識和技術(shù)，而且需要具有昂貴的設(shè)計(jì)工具和設(shè)計(jì)驗(yàn)證設(shè)備。

目前有以東京大學(xué)為中心運(yùn)營的LSI開發(fā)支持基地VDEC，但學(xué)術(shù)許可受到主體學(xué)術(shù)用途的制約。因此，需要建立新的通用基礎(chǔ)，加快創(chuàng)新型企業(yè)的創(chuàng)新理念的研發(fā)和商業(yè)化。該項(xiàng)目計(jì)劃旨在推動通用基礎(chǔ)技術(shù)的開發(fā)，使大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)開發(fā)出先進(jìn)的AI芯片，并且將其知識和AI芯片設(shè)計(jì)、評估、驗(yàn)證等的開發(fā)環(huán)境提供給民營企業(yè)。

民營企業(yè)的目標(biāo)是通過支持面向AI芯片相關(guān)理念實(shí)用化的研發(fā)，在為加快AI芯片開發(fā)而建立的設(shè)計(jì)驗(yàn)證中心進(jìn)行開發(fā)，無縫開展AI芯片開發(fā)方案的設(shè)計(jì)、驗(yàn)證，從而推進(jìn)加快創(chuàng)新性理念實(shí)現(xiàn)的研發(fā)，再次在世界上提升知名度。

成果目標(biāo)是：2032年，面向邊緣的AI芯片在世界上獲得約750億日元的市場額。

產(chǎn)出目標(biāo)是：2023年之后逐步將技術(shù)實(shí)用化率提高到50%以上。

發(fā)展建議

基于以上分析，給出以下建議：

1、從國家層面上做好頂層設(shè)計(jì)，制定AI芯片制造計(jì)劃，注重芯片的量產(chǎn)能力，發(fā)展規(guī)模化芯片制造工藝，構(gòu)建技術(shù)發(fā)展路線圖和完備的芯片制造體系，攻堅(jiān)克難，重點(diǎn)扶持具有廣闊市場前景的應(yīng)用轉(zhuǎn)化項(xiàng)目。

2、建立AI芯片產(chǎn)業(yè)界和學(xué)術(shù)界雙向流通的合理機(jī)制。半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)具有知識密度要求高、成果回報期長、動手實(shí)踐能力要求高的特點(diǎn)。一方面，現(xiàn)行的高?？己梭w制不利于研究者投入精力去做相關(guān)的研究;另一方面，高校研究者一旦全身心投入產(chǎn)業(yè)界就很難再回歸，人才流動表現(xiàn)出單向流動的特點(diǎn)。實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)界和學(xué)術(shù)界人才的自由流動，也是提升產(chǎn)學(xué)研結(jié)合效果的關(guān)鍵因素。因此，創(chuàng)新AI芯片產(chǎn)業(yè)的人才流通機(jī)制顯得尤為重要。

3、側(cè)重于培養(yǎng)企業(yè)的自我造血功能，而不是一味地強(qiáng)調(diào)做大做強(qiáng)企業(yè)。半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)投入成本高、回報周期長，因此美國和日本等半導(dǎo)體制造強(qiáng)國實(shí)際上對AI芯片產(chǎn)業(yè)發(fā)展都有國家政策的支持。我國的芯片制造產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)薄弱，更應(yīng)該在政策上給予足夠的扶持。但是，最終還是應(yīng)該以培養(yǎng)企業(yè)自身的盈利能力為目的，避免出現(xiàn)一旦補(bǔ)貼和扶持政策撤銷，企業(yè)就無法生存的窘境。

4、加強(qiáng)投資引導(dǎo)，杜絕投資亂象。近來，國內(nèi)大量風(fēng)險資本流向人工智能領(lǐng)域，許多廠商紛紛推出自己的AI芯片。在宣傳語中，“全球領(lǐng)先”、“中國首款”等字樣屢見不鮮，又進(jìn)一步刺激了資本進(jìn)入該領(lǐng)域。監(jiān)管部門應(yīng)積極地對資本展開正向引導(dǎo)，將資金運(yùn)用在最需要的地方，避免重復(fù)浪費(fèi)和無效率的資金運(yùn)用。

5、培育良性競爭的市場環(huán)境。在適當(dāng)扶持和保護(hù)民族產(chǎn)業(yè)的同時，適當(dāng)保持來自外部的競爭，讓企業(yè)在適當(dāng)、充分的良性競爭環(huán)境下成長壯大，同時與國外的芯片廠商產(chǎn)生良好地互動和交流。