日前，中金公司發(fā)布《云計(jì)算開(kāi)啟國(guó)產(chǎn)CPU和AI芯片的騰飛之路》報(bào)告，指出未來(lái)五年計(jì)算芯片國(guó)產(chǎn)化市場(chǎng)空間超過(guò)500億美元，進(jìn)口替代空間進(jìn)一步打開(kāi)。當(dāng)前國(guó)產(chǎn)CPU主要有三條進(jìn)口替代路徑，其中RISC-V作為較新的精簡(jiǎn)指令集，適用于物聯(lián)網(wǎng)等分散化應(yīng)用。

中金公司在報(bào)告中稱，嘉楠已經(jīng)成為當(dāng)前主要的國(guó)產(chǎn)AI芯片企業(yè)。作為國(guó)內(nèi)RISC-V架構(gòu)的領(lǐng)軍企業(yè)之一，嘉楠自主研發(fā)的邊緣AI芯片K210已落地智能能耗、智能園區(qū)等領(lǐng)域，并在輔助駕駛、智慧零售等場(chǎng)景具備廣闊的應(yīng)用潛能。中金公司稱，指令集架構(gòu)是芯片設(shè)計(jì)的底層技術(shù)之一，目前主要分為以桌面級(jí)服務(wù)見(jiàn)長(zhǎng)的x86，風(fēng)靡于移動(dòng)互聯(lián)時(shí)代的Arm，以及崛起中的RISC-V三條主流路徑。

x86架構(gòu)源起于1978年，隨著英特爾微處理器8086的發(fā)布正式進(jìn)入市場(chǎng)。作為發(fā)展了40多年的指令集架構(gòu)，x86定義了芯片的基本使用規(guī)則，也為其后續(xù)所有產(chǎn)品線的迭代奠定了架構(gòu)基礎(chǔ)。在桌面級(jí)服務(wù)時(shí)代，x86與Windows的聯(lián)盟幾乎壟斷了90%左右的市場(chǎng)，生態(tài)建設(shè)最為成熟。

中金公司認(rèn)為，雖然短期內(nèi)X86是國(guó)產(chǎn)CPU替代落地相對(duì)順利的路徑，但國(guó)產(chǎn)CPU若采用X86架構(gòu)進(jìn)行進(jìn)口替代，需要通過(guò)與海外擁有授權(quán)的企業(yè)建立合資公司來(lái)使用X86授權(quán)生產(chǎn)芯片。由于x86架構(gòu)高度的封閉性，國(guó)內(nèi)廠商的話語(yǔ)權(quán)普遍偏弱。

相比于x86，ARM架構(gòu)具有高并發(fā)、高集成和低功耗優(yōu)勢(shì)，在移動(dòng)設(shè)備領(lǐng)域處于壟斷地位。中金公司認(rèn)為，ARM 架構(gòu)芯片成熟，但軟件生態(tài)有待培育。從長(zhǎng)期看，ARM和RISC-V 同為不斷更新且持續(xù)迭代的精簡(jiǎn)指令集，適應(yīng)未來(lái)服務(wù)多核心、高并發(fā)和低功耗的計(jì)算應(yīng)用場(chǎng)景。其中，RISC-V 架構(gòu)開(kāi)源且自由使用，相關(guān)國(guó)內(nèi)企業(yè)可以持續(xù)地獲得最新的IP，不斷優(yōu)化學(xué)習(xí)曲線加速追趕壟斷廠商。

相比于移動(dòng)端、PC 等消費(fèi)終端應(yīng)用，IoT 應(yīng)用場(chǎng)景繁多，對(duì)處理器的需求較為碎片化，同 時(shí)對(duì)功耗有著較高要求。中金公司認(rèn)為，兼具精簡(jiǎn)和靈活的 RISC-V 架構(gòu)，滿足IoT對(duì)處理器的需求，能夠從 IoT 市場(chǎng)切入并不斷擴(kuò)大市場(chǎng)份額。隨著基金會(huì)成員的快速增長(zhǎng)，配套軟件工具等生態(tài)環(huán)境不斷完善，RISC-V 已經(jīng)開(kāi)始加速落地。

公開(kāi)資料顯示，RISC-V于2010年加州大學(xué)伯克利分校研發(fā)，項(xiàng)目成立之初即是為了規(guī)避x86知識(shí)產(chǎn)權(quán)以及ARM高昂授權(quán)費(fèi)用的弊端。作為精簡(jiǎn)指令集，RISC-V沒(méi)有歷史包袱，具備輕量化、模塊化和較強(qiáng)的可擴(kuò)展性。更為關(guān)鍵的是，該架構(gòu)基于免費(fèi)開(kāi)源理念，從其總部遷往中立國(guó)瑞士就可見(jiàn)一斑。

該架構(gòu)崛起的另一個(gè)時(shí)代背景是AI與IoT技術(shù)的交叉應(yīng)用，以及工作負(fù)載向多終端遷移的趨勢(shì)。由于支持40條基本指令，其余指令按需擴(kuò)展的特性，RISC-V不僅降低了學(xué)習(xí)門(mén)檻，而且非常適合定制化開(kāi)發(fā)，同時(shí)兼顧了設(shè)備端對(duì)功耗的限制。

在當(dāng)前的國(guó)產(chǎn)替代熱潮中，RISC-V正成為國(guó)內(nèi)芯片廠商直線超車(chē)的機(jī)遇。無(wú)論是嘉楠早在2018年就發(fā)布的邊緣AI芯片K210，阿里平頭哥高調(diào)公布的玄鐵910，還是近期華米科技推出的可穿戴設(shè)備AI芯片“黃山二號(hào)”，都在逐步拓展該架構(gòu)在AIoT市場(chǎng)的應(yīng)用空間。這也顯示了其支持國(guó)內(nèi)廠商擺脫核心技術(shù)限制，自研核心IP并發(fā)展國(guó)產(chǎn)替代芯片的潛能。

在報(bào)告中，中金公司將邊緣AI分為手機(jī)、安防、車(chē)載和IoT四大領(lǐng)域。其中，AIoT芯片需求量較大，但市場(chǎng)差異化明顯。在該領(lǐng)域，由于芯片部署在設(shè)備端，直接面向應(yīng)用場(chǎng)景需求，其研發(fā)更強(qiáng)調(diào)對(duì)實(shí)際業(yè)務(wù)場(chǎng)景的深度理解，這也正是本土新一代芯片公司崛起的機(jī)遇。

嘉楠是國(guó)內(nèi)較早基于RISC-V進(jìn)行AIoT芯片研發(fā)的企業(yè)之一。2016年，公司正式啟動(dòng)AI芯片研發(fā)項(xiàng)目，并在2018年發(fā)布了首款RISC-V架構(gòu)的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)商用邊緣AI芯片K210。區(qū)別于自動(dòng)駕駛或語(yǔ)音識(shí)別單一領(lǐng)域的廠商，嘉楠研發(fā)的K210作為一款SoC，集成了視覺(jué)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)加速器KPU和音頻處理單元APU，具有較強(qiáng)的是國(guó)內(nèi)為數(shù)不多保持較強(qiáng)通用性的邊緣AI芯片。

在功耗設(shè)計(jì)上，嘉楠在芯片研發(fā)初始階段就面向業(yè)務(wù)場(chǎng)景。例如在智能能耗領(lǐng)域，搭載AI芯片的智能抄表模塊由于部署場(chǎng)景的限制，不宜進(jìn)行頻繁地拆卸更換，因此需要較長(zhǎng)的使用周期，類(lèi)似的場(chǎng)景還有智能門(mén)鎖、人臉閘機(jī)等設(shè)備。為了適配邊緣側(cè)對(duì)功耗的限制，K210的功耗僅為0.3W左右，搭載攝像頭等外設(shè)的典型功耗小于1W，充分適配大多數(shù)邊緣側(cè)場(chǎng)景需求。

在功能設(shè)計(jì)上，K210在主頻400MHz下算力達(dá)到1TOPS，其中16位定點(diǎn)乘法算力為0.3TOPS。其核心在于嘉楠完全自主研發(fā)的KPU，專用于處理包括圖像識(shí)別、物體分類(lèi)、人臉檢測(cè)、活體檢測(cè)和人臉識(shí)別等視覺(jué)處理任務(wù)。人臉檢測(cè)場(chǎng)景中，640*480分辨率下的刷新率為60fps。

通過(guò)根據(jù)場(chǎng)景需求規(guī)劃算力和功耗，基于K210的無(wú)感門(mén)禁和智能抄表產(chǎn)品均實(shí)現(xiàn)了部署落地，特別是其研發(fā)的智能抄表系統(tǒng)，在國(guó)內(nèi)最大棚戶改造區(qū)——貴州花果園社區(qū)中投入大規(guī)模部署商用。

疫情期間，嘉楠基于自主研發(fā)的活體檢測(cè)和戴口罩人臉識(shí)別模型，對(duì)其人臉門(mén)禁產(chǎn)品線進(jìn)行迭代優(yōu)化，發(fā)布了基于K210的智能門(mén)禁考勤機(jī)。同時(shí)還整合了智能考勤系統(tǒng)輔助人力資源管理。總體來(lái)說(shuō)，嘉楠的AI產(chǎn)品在智能門(mén)鎖、無(wú)感門(mén)禁和考勤、智慧能耗管理、智能工業(yè)等方面有了快速發(fā)展。

目前，嘉楠正積極推進(jìn)二代AI芯片K510的研發(fā)，大幅優(yōu)化原有的架構(gòu)設(shè)計(jì)，并且在算力上得到倍數(shù)提升，應(yīng)用場(chǎng)景也將在智能駕駛、智慧零售等領(lǐng)域得到拓展。

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