《财经》 吴杨盈荟/文 宋玮/编辑
（很少有人认识到，数字货币挖矿这块代价近200亿元的新兴市场实质上是一场芯片之战。图/视觉中国）
早高峰韶光，一群员工从表面快步走进办公大厦。他们走向闸机，伸直脖子让自己的脸涌如今银灰色柱子中的小屏幕里。提示灯亮起，闸机门快速打开，全体过程只用了不到1秒。
这里是比特大陆位于北京北五环外的公司总部。出人意料的是，这家环球最大的数字货币矿机公司选择将人脸识别装置陈设在公司楼下作为欢迎仪式——而不是在高大铁架中密密麻麻排列的黑灰色矿机。
“我们现在的定位是12个字，领先的高性能打算芯片公司。”比特大陆产品计策总监汤炜伟对《财经》说。加入比特大陆前他曾在英特尔公司卖力中国区高性能打算和人工智能业务。
数字货币挖矿家当在环球形成了代价近200亿元的市场。但很少有人知道，这个神秘的新兴家当实质上属于芯片市场。挖矿的本色便是比拼矿机公司研发的芯片算力。
矿机芯片由于软件运用单一，在短韶光内快速走过了迭代进化进程——从CPU到GPU、FPGA，再到ASIC（专用集成电路）芯片。
作为环球排名第一和第二的矿机公司巨子，比特大陆和嘉楠耘智运用成熟的ASIC芯片技能，在矿机芯片领域垄断了近90％的环球市场。这是环球芯片行业中，鲜有的被中国公司垄断的细分市场。
中国芯片在设计、制造、封测三大家当链环节均掉队于天下前辈水平，部分领域乃至跟发达国家有10年－20年的差距。这让中国的芯片领域过分依赖入口贸易。环球调研机构IC Insights在2016年公布了环球半导体20强，前20位中没有中国公司上榜。
但这一环境在2017年有所改变。IC Insights2017年公布的环球前十大芯片设计公司（按发卖收入），海内有两家企业进入前十名：华为海思和紫光集团分别以47.15亿美元和20.50亿美元的收入分居第7位和第10位。
由于专利积累、软件生态配套不敷等缘故原由，中国在已经掉队的传统芯片领域想要追赶领先者颇为困难。而在没有太多历史包袱、有新技能打破的芯片领域，中国跟其他国家站在同一起跑线上，有机会霸占领先位置。
现阶段，中国弯道超车的最大希望存在于人工智能（AI）芯片领域。
谷歌和英伟达公司是人工智能处理领域的两大巨子，但英伟达紧张专注于GPU。人工智能领域的ASIC专用芯片仍是一片蓝海，尚未涌现足以垄断市场的巨子公司。
在AI领域专用芯片，除了谷歌，研发者大多为充满活力的新兴公司，个中生动着不少中国公司，如寒武纪、地平线等。一家中国有名芯片公司技能总监向《财经》指出：“AI芯片上可以说是美国第一，中国第二。”
目前人工智能芯片正在重演矿机芯片的蜕变路径——从CPU/GPU/FPGA到ASIC专用芯片。而数字货币矿业公司也有机会将挖矿领域成熟的ASIC芯片技能拓展到人工智能领域。芯谋研究发布的2017年中国十大集成电路设计公司榜单上，比特大陆以143亿元的年发卖额跃升第二。
人工智能芯片向ASIC转移将在环球开辟一块新沙场，这是数字货币矿业公司的机会，也是中国芯片的机会。
芯片之痛：掉队就要挨打
中国在高端通用芯片上与发达国家差距巨大，对外依存度非常高
中国在和美国的贸易会谈当中遭遇了沉痛一击。美国商务部部长Wilbur Ross 4月16日宣告，未来七年将禁止美国公司向复兴通讯发卖零部件、商品、软件和技能（紧张为芯片）。禁售情由是复兴公司违反了美国限定向伊朗出售美国技能的制裁条款。禁令一出，复兴公司急速陷入困境。
复兴事宜刺痛了全体中国，全社会意识到中国芯片家当相对环球发达国家的掉队差距和代价。“芯片涉及环节多，不同领域差别大，有些领域中国在10年－20年内很难去跟美国竞争。”一家中国有名芯片设计公司技能总监见告《财经》。
芯片家当分成设计、制造、封测三大家当链环节。“这三个环节提及来中首都掉队，比较之下封测这一块我们可能掉队最少，生产和设计都掉队比较多。”该芯片设计公司技能总监指出，而这两个环节正好是芯片技能门槛最高的。
设计环节方面，中国在高端通用芯片存在着重大短板，与发达国家差距巨大。这类芯片紧张依赖入口，对外依存度非常高。
环球高端通用芯片市场目前险些被国际巨子所垄断。CPU芯片上英特尔公司垄断80％旁边的环球市场份额，AMD公司约占20％。英伟达公司垄断了环球GPU约70％的市场份额，Xilinx和Altera两大公司则垄断了FPGA芯片近90％的环球市场份额。
中国的核心芯片自给率极低。光大证券研究所数据显示，我国打算机系统中的CPU、MPU、通用电子系统中的FPGA/EPLD和DSP、通信装备中的嵌入式MPU和DSP、存储设备中的DRAM和NandFlash、显示及视频系统中的DisplayDriver，国产芯片霸占率都险些为零。
芯片制造方面，中国跟环球的差距则更为严厉。在芯片设计、制造、封测三大环节中，制造是我国实力最弱的一个环节。《财经》曾宣布，英特尔、三星和台积电均宣告已经实现10nm芯片量产，并准备投资培植7nm和5nm生产线。但中国大陆芯片技能最好的厂商中芯国际，目前仍在攻坚14nm，明年才有可能实现量产。
中国霸占了环球半导体发卖额的近三分之一，但产能只占环球约十分之一。据天下半导体贸易统计组织WSTS数据，2016年环球半导体发卖额为3389亿美元，中国半导体发卖额1075亿美元，占环球市场的31.7％。2016年环球集成电路制造家当规模为1120亿美元，中国的市场份额仅为11.6％——这一数据还包含了国外公司在中国的工厂。
芯片设计和制造两大核心环节的掉队，让中国不得不严重依赖芯片入口贸易。中国芯片入口乃至高达石油入口的1.57倍，在工业品入口中遥遥领先。中国海关总署数据显示，截至2017年10月尾，中国集成电路入口金额高达2071.97亿美元，同期中国原油入口额为1315.01亿美元。
中国政府已经意识到芯片入口依赖的危急，并试图通过国家力量加速国产芯片的发展。“中国制造2025”中，将中国集成电路自给率的指标定为2020年达到40％，2025年达到70％。
同时成立国家集成电路家当投资基金，2018年一期召募资金1387亿元公民币已经投资完毕，目前正在召募二期基金，总金额高达约1800亿元至2000亿元公民币。
但大量资金的注入无法让中国芯片家当一挥而就，技能的积累和打破须要更多的韶光。环球市场研究机构IC Insights指出，中国芯片领域目前新建晶圆产线中所用的技能工艺，大多都比国外紧张竞争对手差两代以上。
“我们跟国外差距大不仅是由于设计能力差别，也有历史缘故原由——比如专利积累、软件生态配套不敷。”上述中国有名芯片设计公司技能总监对《财经》指出，“反而在没有太多历史包袱、有新技能打破的领域，中国相对有机会。”
境外奇袭：被中国垄断的芯片沙场
很少有人认识到，数字货币挖矿这块代价近200亿元的新兴市场实质上是一场芯片之战。
比特币挖矿存在不过短短五六年韶光，这一家当已迅速发展为代价近200亿元公民币的市场，并以每年100％-200％的增长率扩大。但很少有人认识到，这块新兴市场实质上是一场芯片之战。
张楠赓和吴忌寒，与环球第一批ASIC矿机出身有着密切联系。他们凭借ASIC挖矿机改变了环球比特币挖矿的走向，也改变了自己的命运。
这两个创始人在进入比特币天下时不过是刚出茅庐的学生。彼时，嘉楠耘智创始人张楠赓是在北航集成电路专业读研的学生，比特大陆创始人吴忌寒则刚从北大毕业两年，担当投行风险剖析师。短短数年间，他们成为了环球区块链矿机天下的霸主，节制着全天下超过80％算力的矿机。
比特币挖矿的本色是比拼矿机芯片算力：谁开拓的矿机芯片算力更强，则利用单台矿机将挖到更多的数字货币，从而抢占更大的环球市场。
这是目前为止鲜有的被中国公司垄断的环球芯片市场。
比特大陆和嘉楠耘智，总部分别位于中国北京和杭州。这两家中国公司牢牢霸占了环球矿机近90％的市场份额。故意思的是，中国矿机崛起的导火线却由大洋彼岸的挑衅引燃。
2012年6月，美国一个比特币挖矿机研发“蝴蝶实验室”声称，他们准备研发一种功能远赛过现有水平的ASIC矿机。当时比特币挖矿普遍利用GPU芯片，而ASIC芯片的算力较传统挖矿芯片将实现数十倍乃至百倍的提升。
如果“蝴蝶实验室”研制成功ASIC矿机，将节制超过全网51％的算力——这意味着其将具备修改比特币天下的可能性。
为了对抗可能涌现的算力垄断，昵称“南瓜张”的张楠赓决定自己研发ASIC矿机，并将其销往环球各地。2013年1月，美国比特币核心开拓职员Jeff Gazik用网络直播了一场拆箱过程：他拆开从中国寄来的一个巨大快递包，环球第一台ASIC矿机。这台ASIC矿机由张楠赓研发，他将其命名为“阿瓦隆”，亚瑟王传说中“天佑之岛”的名字。
2012年7月，毕业于中国科技大学昵称“烤猫”的蒋信予也宣告了制造ASIC矿机的操持，并在比特币论坛bitcointalk上发起众筹，按照0.1比特币一股的价格发行了16万股，吴忌寒购买了上万股股票。2013年，“烤猫”研发的ASIC矿机成功面世，首创比特币天下第一个由ASIC矿机组成的矿场。
“烤猫”公司2013年6月公布的“财报”显示，2013年一季度其比特币挖矿收入就高达57338.24 个BTC。”烤猫”公司的虚拟股票也连忙上涨，最高每股的价格从0.1个比特币上涨到5个比特币。吴忌寒由于这笔投资得到了上千万的回报。
此时的吴忌寒距离开创自己的矿机公司只差一步。精通金融和比特币的他对芯片技能并不熟习，须要一位深谙芯片研发技能的合资人。幸运的是，一次北京街头的偶遇让他找到了38岁的芯片专家詹克团。詹克团当时正专注在机顶盒创业上。碰着吴忌寒的第二天，他用几个小时研究了比特币和区块链的资料，随后决定加入。
吴忌寒和詹克团在2013年共同成立了矿机公司“比特大陆”。詹克团用短短半年韶光就研发出了利用ASIC芯片的矿机，在2013年11月将这款名为“Antminer S1”的矿机推向市场。
随着各家公司的ASIC芯片矿机不断投入市场，比特币天下迎来了算力猖獗攀升的“武备竞赛”。
从2013年利用ASIC芯片进行算力输出以来，比特币全网均匀算力保持高速上升的趋势。据环球咨询公司Frost & Sullivan数据显示，环球比特币算力从2012年1月的10.8Thash增长至2017年底的1500万Thash。不到六年韶光全网算力整整翻了138万倍，年复合增长率高达1335.7％。
激烈的算力竞争中，韶光便是生命。很多矿机生产商正在研发的矿机乃至还未出厂，就面临着被市场淘汰的风险。比特大陆第一代矿机“Antminer S1”极短的研发韶光正是其崛起的关键。
S1矿机在2013年11月推出市场，恰好遇上比特币价格的高点。
如果稍晚一两个月，比特大陆则可能错过币价攀升的机会，直接跌入谷底。CoinMarketCap数据显示，比特币价格在2013年11月尾上涨达到顶峰，高达1150美元旁边。随后在一个月的韶光内连忙下跌，12月最低点跌至560美元，几近腰斩。2014年到2015年比特币进入震荡下行的通道，价格常常在200美元－300美元低位徘徊。
比特大陆在2014年相继推出了蚂蚁S3和S4等型号的矿机。S3矿机销量不错，但受到市场低迷影响，S4矿机的发卖情形惨淡，公司丢失不小。所幸由于本钱掌握较好，比特大陆在低谷期仍旧能支持新一代矿机研发。
而开ASIC矿机量产先河的“烤猫”公司，在这一轮比特币价格激烈变动、全网算力高速膨胀的关键阶段掉队。
2013年10月，“烤猫”研发第二代芯片遭遇难题，未能及时成功研发。
在大量竞争对手的冲击下，“烤猫”矿机霸占的算力从顶峰期间超过20％跌落至仅为4％，其虚拟股票也随之跌破发行价。一年多之后，“烤猫”在稽核矿厂途中神秘消逝，从此再没有人知道他的去向。
“熊市是帮比特大陆跑到第一的机会。”一名靠近比特大陆的人士见告《财经》。2015年1月，比特大陆推出新一代蚂蚁矿机S5。在对手们大多因熊市缩减研发的情形下，蚂蚁矿机S5在市场上成功。这一年，比特大陆从一个三居室的民房搬到新的办公室中，员工人数达到了50多人，在北京和深圳均设立了办公地点。
只有撑过比特币冬天的公司，才有不才一个春天快速成长的可能。比特大陆和嘉楠耘智都先后看到了从矿机芯片向AI芯片拓展的机会，分别从2015年和2016年进入AI芯片的研发领域。
“矿机业务是公司的一条支柱，但是收入随着币价上涨下跌有颠簸，因此须要新业务支撑。我们看到了AI的浪潮，也有高性能打算芯片的根本。”比特大陆产品计策总监汤炜伟见告《财经》。
弯道超车：人工智能的新机会
AI芯片从CPU/GPU向ASIC专用芯片的变革，给中国数字货币矿机公司创造了后来居上的机会。
詹克团将比特大陆第一代研发的AI芯片命名为“智子”（Sophon）。这一灵感来自于风靡环球的科幻小说《三体》，“智子”是地球人无法打破的“强人工智能体”。
比特大陆的AI芯片研发路径与“智子”有着隐秘的相似之处。比特大陆将比特币矿机利用的ASIC芯片技能，跨界运用于人工智能领域，开拓基于ASIC技能的AI深度学习芯片——就像三体人将质子在低维展开，然后在高维折叠。
人工智能目前已进入AI赋能行业的阶段，需求呈现爆发式增长。AI芯片正处在从CPU/GPU/FPGA向ASIC专用芯片转化的阶段。比较于前三者，ASIC专用芯片的打算能力更强，能耗更低。
环球咨询公司Frost & Sullivan指出，估量CPU将逐渐失落去在人工智能培训和推理运用的市场份额，而ASIC芯片则将赢得这两个市场的份额。
ASIC芯片2017年至2020 年的复合年增长率为66％，市场总额将从10亿美元增长至46亿美元，高居各种人工智能芯片的首位。
不同于已经高度垄断的传统芯片市场，在ASIC芯片这块新兴市场上，尚未涌现无法寻衅的巨子公司。目前只有谷歌在ASIC芯片技能上有着领先上风。TPU是谷歌专门为机器学习设计的专用集成电路，属于ASIC芯片的一类。
谷歌在官方博客中指出TPU芯片的速率和能耗均明显优于传统GPU和CPU芯片：“TPU处理速率比当前GPU 和CPU要快15倍到30倍；较之传统芯片TPU也更加节能，功耗效率（TOPS/Watt）上提升了30倍到80倍。”
中国数字货币矿机公司在ASIC芯片的多年积累，让它们在AI芯片的这场技能变革中拥有先发上风。区块链打算和人工智能深度学习有类似之处，都是依赖于底层的芯片进行大规模的重复、并行打算。此前数字货币矿业公司在区块链ASIC芯片设计中积累的设计履历，与神经网络芯片设计所需的技能有部分高度契合。
“ASIC芯片的一部分履历是可以复用的。但是挖矿算法繁芜度不高，紧张是算力强。AI算法更须要普适性，是一个巧力。”人工智能公司Rokid北京实验室Alab卖力人高鹏博士见告《财经》。
比特大陆认为，自己数字货币芯片领域积累的研发能力和履历能复制到AI芯片领域。它从2013年到2018年实现了近10款芯片产品的量产，量产数达十亿颗，技能迭代从28nm到16nm，有着最新7nm设计履历。同时在环球建立了百亿次打算、10亿级千瓦的数据中央。目前分布在中国、台湾地区、新加坡、欧洲、北美等多个地区2000多名环球员工中，60％都是研发职员。
比特大陆在2016年开始立项研发第一代AI芯片Sophon BM1680。汤炜伟对《财经》表示，比特大陆AI团队规模数百人，覆盖从芯片到算法，再到中间做软件驱动、固件以及各种深度学习的工具研发。
AI芯片和矿机芯片在不少设计工艺、团队能力上可以共用，例如高性能低功耗的技能，电源管理技能。但AI的算法更多样化，算法、软件、工具链都须要重新打造。
Sophon BM1680在2017年4月成功流片，二季度拿到样品，耗时近一年半。“第一代芯片设计一定程度的冗余，芯片性能导致物理设计比较繁芜。于是快速去更正，现在有能力快速定位，更新优化设计。”汤炜伟说。
2017年11月，比特大陆正式对外发售第一代AI芯片Sophon BM1680。嘉楠耘智的第一代AI芯片也正在研发过程中。嘉楠耘智招股书中显示，嘉楠耘智从2016年开始开拓人工智能运用的 ASIC 芯片KPU，操持于2018 年四季度量产。
对付这些数字货币矿业公司，AI芯片领域的寻衅才刚刚开始。身为新兴入局者，它们一进入沙场，就必须直面芯片领域的几大难题痼疾。
逆袭难题：金钱、速率与技能
这些公司具备了快速迭代的实力和充裕的现金流，但其能否复制到AI芯片领域成为核心竞争力尚待证明。
研发周期长、投入资金过大，是长期困扰芯片公司的两个核心难题。数字货币矿业与芯片行业的市场竞争逻辑并不相同，这让数字货币矿业公司在资金、速率上蜕变出与芯片行业传统不同的办理方法。
“如果企业芯片研发方向有缺点，大笔的钱就没了。”人工智能公司Rokid北京Alab实验室卖力人高鹏博士见告《财经》。
芯片研发用度占比最大之一为流片用度。嘉楠耘智数据显示，以MASK流片为例，55nm的约为400万元公民币，40nm的约为700万元公民币，28nm的约为1500万元公民币旁边，16nm的MASK更高达4000万元公民币旁边。
不同的芯片须要不同的MASK，并且在研发阶段的芯片还无法确保一次流片成功。一套 MASK存在须要反复修正、反复投入的可能性，研发用度也成倍上涨。
而数字货币矿业公司的一大上风在于矿机业务带来充足的现金流，可以让它们在芯片研发投入上更为游刃有余。比特大陆联合创始人詹克团对媒体透露，比特大陆年营收高达25亿美元（约合160亿元公民币）以上。嘉楠耘智招股书显示，2017年公司营收为13.08亿元公民币。
“我们的资金储备，可以在芯片上高投入和长期投入。AI是改变人类生产力的技能工具，一定不是发展3年－5年就停滞的过程。”汤炜伟表示。
矿机芯片一样平常9个－10个月就经历一次技能迭代，这比传统芯片快得多。芯片行业存在“摩尔定律”，指18个到24个月为一个周期，每一周期实现打算能力翻一番，或者在单位芯片面积里晶体管数量翻一倍。芯片公司的研发迭代速率大多遵照这一定律。
比特大陆AI芯片研发只有传统芯片的一半，代与代的间隔只有短短9个月。这种快速迭代能力，得益于过去矿机市场的激烈竞争。比特币全网算力在过去六年里年复合增长率高达1335.7％。相称于单台算力恒定的矿机在一年纪后，只能挖到相称于最初7.5％旁边的数字货币产量。这也让矿机行业形成9个－10个月更新换代一次的高速迭代效率。
以嘉楠耘智ASIC 芯片矿机迭代过程为例，迭代周期均掌握在半年到一年的韶光。其28nmASIC 芯片矿机迭代在2015年－2016年发卖后即面临淘汰，生产周期结束。
其后续产品中16nm第一代在2016年四季度量产，16nm第二代在2017年四季度量产，16nm第三代估量在2018年二季度量产。基于7nm的最新技能ASIC芯片矿机估量在2018年4月流片，三季度实现量产。
只管这两家数字货币矿业公司拥有矿机市场的快速迭代履历，但其能否完备复制到AI芯片领域，成为核心竞争力尚待证明。
“挖矿芯片迭代速率比较快，但是不同芯片领域不一样。每个细分领域都有自己细分的规律。”海内一家有名芯片设计公司技能总监向《财经》指出，“从技能角度看挖矿芯片功能单一，以是才能做到快速迭代。”
嘉楠耘智的AI芯片KPU，目标运用在智能家居、智能城市、智能监测及智能玩具中的语音及图像识别功能及多种物联网运用。据嘉楠耘智招股书显示，目前AI芯片接获各种客户的预售订单的金额合共约为3820万元公民币。
比特大陆选择切入点为人工智能ASIC芯片供应从底层芯片到上层技能、算法和云端运算的一体化方案。首选的切入行业为安防，已经与海内多个省市区的公安系统和集成商达成互助。互联网+AI和城市大数据是其下阶段的开拓重点，将大量民生社会数据数字化，通过AI挖掘终极将民生信息用于城市决策。
“目前评论研发能力为时过早。人工智能家当链分为三块——算力、算法、数据。算力以前被国外巨子所垄断，现阶段AI正是我们弯道超车的机会。”比特大陆产品计策总监汤炜伟见告《财经》。
技能改造将开启新的赛道，为后来者创造超越古人的机会。
（本文首刊于2018年5月28日出版的《财经》杂志）
