什么是ASIC芯片？
近年随着以比特币为代表的虚拟货币市场的火爆，催生了一大批生产“挖掘”虚拟货币设备的“矿机”厂商，个中最为有名的要属比特大陆了。而比特大陆之以是能够在矿机市场异军突起，则紧张得益于其自主设计的针比拟特币矿机的ASIC芯片。由于相对付CPU、GPU来说，采取专用的ASIC芯片来“挖矿”更具效率。以比特大陆的Antminer S9矿机为例，其内部集成了189个 ASIC芯片（BM1387），而且采取的是台积电16nm FinFET制程。同样，目前主流的矿机厂商都采取的是定制的ASIC芯片。这也使得ASIC芯片开始被大众所熟知。但是ASIC芯片并不仅仅能被用于“挖矿”，还被用于包括人工智能在内等浩瀚领域。
那么什么才是ASIC芯片？它与我们常见的CPU、GPU等通用型芯片比较又有何不同？
早在1981年3月，Sinclair公司推出了一款8位个人电脑ZX81，其所采取的Z80处理器则被认为是最早的ASIC原型。实际上ASIC是Application-Specific Integrated Circuit（ 运用型专用集成电路）的缩写，是一种专用芯片，是为了某种特定的需求而专门定制的芯片的统称。比如专用的音频、视频处理器，同时目前很多专用的AI芯片业可以看作是ASIC的一种。
与CPU、GPU、FPGA比较如何？
CPU与GPU都是我们常见的通用型芯片，它们在各自领域都可以高效地完成任务，但当同样运用于通用根本打算领域时，设计架构的差异直接导致了两种芯片性能的差异。
CPU作为通用途理器，除了知足打算哀求，为了更好的相应人机交互的运用，它要能处理繁芜的条件和分支，以及任务之间的同步骤和，以是芯片上须要很多空间来进行分支预测与优化(control)，保存各种状态(cache)以降落任务切换时的延时。这也使得它更适宜逻辑掌握、串走运算与通用类型数据运算。
而GPU拥有一个由数以千计的更小、更高效的ALU核心组成的大规模并行打算架构，大部分晶体管紧张用于构建掌握电路和Cache，而掌握电路也相对大略，且对Cache的需求小，只有小部分晶体管来完成实际的运算事情。以是大部分晶体管可以组成各种专用电路、多条流水线，使得GPU的打算速率有了打破性的飞跃，拥有了更强大的处理浮点运算的能力。这决定了其更善于处理多重任务，尤其是没有技能含量的重复性事情，比如图形打算。由于深度学习常日须要大量的演习，演习算法并不繁芜，但数据非常量大，而GPU的多内核、并行处理的上风，使得其比较CPU更适宜深度学习运算。
FPGA（现场可编程门阵列）是一贯可编程的半定制芯片，其与GPU一样具有并行处理上风，并且也可以设计成具有多内核的形态，当然其最大的上风还是在于其可编程的特性。这也意味着用户可以根据须要的逻辑功能对电路进行快速烧录。纵然是出厂后的成品FPGA的逻辑块和连接，用户无需改变硬件，就可通过升级软件来配置这些芯片来实现自定义硬件功能。
相较于我们常见的CPU、GPU等通用型芯片以及半定制的FPGA来说，ASIC芯片的打算能力和打算效率都直接根据特定的算法的须要进行定制的，以是其可以实现体积小、功耗低、高可靠性、保密性强、打算性能高、打算效率高档上风。以是，在其所针对的特定的运用领域，ASIC芯片的能效表现要远超CPU、GPU等通用型芯片以及半定制的FPGA。这一点，我们从前面提到的“矿机”市场所采取的芯片的变革上就能够看到。
在比特币出身之初，由于单位韶光内比特币的产量较多，对付算力哀求也不高，以是早期人们大都采取的是电脑的CPU来“挖矿”。随后来大家创造用GPU“挖矿”效率更高，于是便转向开始采取GPU来挖矿。直到2013年旁边，低本钱灵巧性强的FPGA才被用于挖掘比特币。而随着挖掘比特币所需的算力越来越高，以及挖掘本钱（紧张是电费）的提升，紧张的矿机厂商都开始采取能效更高的ASIC芯片取代了GPU/FPGA来运行比特币SHA-256哈希算法。正由于这些ASIC芯片是针对运行SHA-256哈希算法而设计的，这也使得它在挖掘比特币的能效上要远高于CPU/GPU/FPGA。
当然，ASIC芯片的缺陷也很明显，由于其是针对特定算法设计的，一旦芯片设计完毕，其所适应的算法便是固定的，以是一旦算法发生变革就可能将会无法利用。比如近期，比特大陆揭橥了一种基于新款ASIC芯片的矿机蚂蚁矿机 X3，紧张是针对门罗币（XMR）以及依赖 CryptoNight 算法的加密货币。但是随后门罗币随即发出反制声明，将改变核心算法以对抗ASIC算力的入侵。如果门罗币的核心算法真的改变的话，那么比特大陆的这款新的ASIC芯片的能效将会大打折扣，乃至可能会面临效能低下的尴尬局势。其余由于是专用的芯片，以是如果出货量不大的话，那么芯片本钱就会比较高，当然出货量越大本钱会越低。
同样对付人工智能运用来说，由于目前人工智能技能还是处于发展当中，大量的算法不断呈现和持续优化，而且这种变革以各自的办法在加速。而ASIC芯片由于其在设计之时便是针对特定算法进行固化的，以是无法做到适应各种算法。虽然一些手机芯片厂商开始在SoC当中集成专用的AI内核（比如麒麟970的NPU），但是其紧张还是只能针对一些特定的AI算法进行加速。而对付其他的算法还须要依赖于SoC当中的CPU、GPU来实现。
特殊是在云真个做事器/数据中央，目前更多的还是依赖于CPU、GPU以及可重复编程和可重新配置的FPGA来进行人工智能运算和推理。
不过在联发科副总经理暨智能设备奇迹群总经理游人杰看来，虽然CPU、GPU等通用型芯片以及FPGA可以适应相对更多种的算法，但是特定算法下ASIC的性能和效能要更高。其余，虽然FPGA的便定制特性比ASIC芯片更加灵巧，但支配FPGA所付出的本钱也要比ASIC更高。而随着软件、算法的成熟和稳定，干系厂商一定会进一步追求性能和能效的最佳化，未来ASCI的运用将会越来越广泛。
联发科副总经理暨智能设备奇迹群总经理游人杰
联发科智能显示暨客制化芯片奇迹部行销处处长彭建凯
而对付未来ASIC是否会取代FPGA的问题，联发科智能显示暨客制化芯片奇迹部行销处处长彭建凯则表示：“我认为ASIC与FPGA之间并不会是谁取代谁，而是会长期共存。由于技能总会在不断的发展，在面对一个新的技能和运用的时候，算法会不断的进行快速升级，在这种情形下FPGA会更为得当。而对付那些软件、算法已经比较成熟和稳定的领域，ASCI会更为适宜。比如，人脸识别、语音识别厂商，在新的技能运用之初，常日会选择FPGA，这样可以不断的进行微调升级，而等到完备算法成熟须要大规模支配之时，一定会采取ASIC来提升能效。4G运营商在支配网络之初，量不足大的时候，采取FPGA就可以符合市场的哀求，但是等到技能成熟，须要大规模支配时，ASIC会成为最佳的选择。毕竟FPGA的频宽不足，运算能力也不足。”
ASIC市场前景广阔
从全体电子信息家当发展的变迁来看，之前的诺基亚时期因此芯片为核心，产品与运用均是封闭的生态；而到了安卓时期，安卓操作系统开始上升为核心，芯片和产品是封闭的，运用是开放的；而到接下来的物联网/人工智能时期，随着用户需求的越来越多元化和差异化，运用领域将会成为核心，而不同运用领域差异大、场景繁芜、产品种类量丰富、方案的定制化成倍增长，当前现有的芯片很难完备适配，也很难用类似现在手机行业的通用芯片的办法办理所有问题。同时操作系统和处理架构也将会根据细分市场来重新定义，芯片和产品都将走向定制。
其余须要指出的是，虽然通用型芯片适用范围广，对付厂商来说也更为大略易用，但是也造成了市场上产品的同质化，随着市场竞争的日趋激烈，越来越多的厂商开始寻求差异化。而采取独特的芯片则可以给厂商带来较大的差异化。与此同时，浩瀚新的运用和分外需求的涌现，也须要独特的芯片来知足市场需求。这也正是ASIC的机会所在。
根据联发科的预估，目前环球ASIC市场的规模可能已达200多亿美金。
从目前浩瀚行业巨子的布局来看，都在积极的布局定制化芯片，特殊是在AI芯片布局方面，已经成为了浩瀚行业巨子的重心，由于包括深度学习、机器学习、大数据剖析及判断、自动决策等各种AI运用如雨后春笋般涌现，而针对不同运用打造的分外运用芯片（ASIC）需求也自然呈现爆发态势。
比如苹果除了有针对自己的iOS运用生态自研的A系列处理器之外，多方显示苹果还在定制自己的电源管理芯片、GPU芯片和基带芯片。苹果最新的A11 Bionic芯片当中也已经开始加入定制的AI内核NPU。其余，值得一提的是华为的麒麟970当中也加入了采取寒武纪的IP的NPU内核。
谷歌针对AI很早就设计了自己的TPU芯片，之前的Alpha Go就有采取。此外，谷歌自己的手机Pixel 2也首次采取了自研芯片Pixel Visual Core以提升开麦拉能。
在2015年英特尔以167亿美元收购了FPGA生产商Altera之后，2016年英特尔又以4亿美元收购了机器学习初创公司Nervana。经由一年多的整合之后，英特尔会在去年推出一款专为深度学习而打造的神经网络处理器Nervana(NNP)，并操持将其用于自己的数据中央业务当中。其余，在2016年9月，英特尔收购了专注于打算机视觉方面的AI芯片公司Movidius，该公司拥有自主设计的Myriad 系列 VPU，被浩瀚的厂商广泛运用。比如大疆的Spark无人机、谷歌Clips相机等。
去年10月，微软设备部门环球副总裁Panos Panay接管CNBC采访时也确认了微软正在为下一代HoloLens MR头戴设备研发AI芯片，并表示微软不仅拥有一支专注的IC设计团队，而且还与芯片制造商和其他互助伙伴共同开拓。
今年年初有称亚马逊已经在为旗下的 Echo 音箱以及其他搭载亚马逊旗下的虚拟助手 Alexa 的硬件产品开拓专用的AI芯片。
今年4月，从Facebook的招聘信息显示，Facebook正在大力招聘ASIC & FPGA设计工程师和卖力管理ASIC的开拓的经理，组建一个新的团队设计自主AI芯片。
海内互联网巨子阿里从2015年开始布局自研芯片，特殊是在物联网和AI领域投入巨大，今年全资收购的杭州中天微曾发布过基于 AliOS 软硬件框架的 3 款云芯片（Yun on chip），包括打算机视觉芯片、领悟接入安全的 MCU 平台芯片、以及AliOS 的NB-IoT 物联网安全芯片。不久前，阿里巴巴旗下的达摩院也宣告正在研发一款名为Ali-NPU的神经网络芯片，按照设计，Ali-NPU性能将是现在市情上主流CPU、GPU架构AI芯片的10倍，制造本钱和功耗仅为一半，性价比超40倍。据悉，Ali-NPU紧张是为办理图像、视频识别、云打算等商业场景的AI推理运算问题，提升运算效率、降落本钱。
由于这样的例子太多，以是这里我们就不再逐一例举。须要解释的是，除了浩瀚厂商对付AI的热捧推动对付ASIC需求的暴涨之外， 其他一些对付芯片性能和能效哀求较高的市场（比如前面提到的物联网市场以及“矿机”市场）对付ASIC的需求也是在快速增长当中。
联发科智能显示及定制化芯片奇迹部市场总监彭建凯也表示：“区块链、AI/ML/DL、超大规模数据中央、智能汽车都是当下非常火爆和快速增长的几个市场，这些领域对付芯片的性能和能效的哀求都是非常高的，须要强大的芯片来支持。随着这些技能的成熟，未来对付ASIC芯片的需求也将会越来越大。”这也是联发科加大对付ASIC业务投入的一个主要缘故原由。
联发科的ASIC业务上风在哪？
资料显示，当前中国已有近2000家IC设计公司（包括具备设计能力的科研院所），但真正涉足IC设计做事的企业不多。而且一款芯片从设计到工艺制造、到封装测试、到终端运用涉及非常多的环节，每一个环节都须要有干系的关键IP和丰富技能履历作为支持。显然，一些传统的IC设计公司在这方面具有很大的上风。而随着ASIC市场的兴起，以联发科为代表的传统IC设计厂商开始开放IC设计能力，供应ASIC定制服务也是一定。
实在早在2012年，联发科就开始有开展ASIC业务，到现在联发科已经专门成立了卖力AISC业务的显示暨客制化芯片奇迹部，足见对付ASIC业务的重视。经由多年的积累，目前联发科的ASIC业务已涉及企业级与超大规模数据中央、超高性能网络交流机、路由器、4G/5G根本举动步伐、人工智能、深度学习运用、须要高频宽和长间隔互联的新型打算运用等浩瀚领域。据理解，联发科2017年就有为某国际有名厂商定制芯片，其余微软彷佛也是联发科ASIC业务的客户。今年4月17日，联发科与微软联合推出了一款支持微软Azure Sphere物联网操作系统的系统单芯片 (SoC) – MT3620，供应内置安全与连网功能的微掌握器 (MCU) 类型的物联网产品。
其余，特殊值得一提的是，就在4月初，联发科技推出了业内首个，进一步扩大了其ASIC产品阵线。据先容该56G SerDes办理方案基于数字旗子暗记处理（DSP）技能，采取高速传输旗子暗记PAM4，具有一流的性能、功耗及晶粒尺寸（Die-area）。紧张面向大规模数据中央等须要超高频宽和长距互联的新型打算运用等。
这里额外补充一下：SerDes是Serializer/Deserializer的简称，顾名思义是指串化器和解串器。但是，SerDes系统除了串化器和解串器，还包括发送真个驱动级和吸收真个仿照前端。发送端驱动级将串化后的旗子暗记送入信道；而在信道的另一端，吸收器的仿照前端将吸收到的仿照旗子暗记转化为数字旗子暗记。
联发科的7nm 56G PAM4 SerDes IP原型芯片
联发科的7nm 56G PAM4 SerDes IP不仅支持基于PAM4的每波长56Gbps的高速传输速率，还具有长间隔传输旗子暗记不失落真的特性，具有一流的性能、功耗和晶粒尺寸，并且已通过7nm 和16nm原型芯片实体验证，确保该IP可以很随意马虎地整合进各种前端产品设计中。
“我们从2011年开始研究SerDes，从10G到28G 到现在的56G ，我们已经逐步遇上，更高速的112G也在研发当中。目前我们的56G SerDes可以支持128lane ，可以做到6.4Tbps的总带宽，环球目前仅有两三家公司可以供应这样的性能。”游人杰非常自满的表示：“联发科具有业界最广泛的SerDes产品组合，可以为ASIC 设计供应从10G、28G、56G 到 112G的多种办理方案。”
不过须要指出的是，联发科最新的56G PAM4 SerDes IP不会单独对外授权，只会在为客户进行ASIC设计做事时供应。这也正是联发科前面所提及的可以供应的独占的ASIC IP之一，也是联发科ASIC的一个竞争上风所在。
联发科智能显示暨客制化芯片奇迹部行销处处长彭建凯表示，联发科的ASIC做事不仅可以为客户供应独特的IP或技能，比如高速SerDes等，也可以为客户供应联发科公司现有的紧张产品线的核心技能IP，比如CPU/GPU、HDD/存储器、汽车/工业、仿照/高压、射频、高速SerDes、音视频等IP。同时还可以根据客户的须要整合客户自己的IP，供应SoC集成设计做事，此外联发科还可以供应量产做事，包括后端设计和量产支持等，可以帮助客户降落用度，缩短韶光周期。
在ASIC做事的商业模式方面，联发科支持多种互助模式，包括从最前端到末了端，不同阶段可以供应不同做事。
“我们可以供应一站式的做事，客户只须要有一个好的idear或者明确的需求，剩下的事情都可以交给我们来做。我们有很多ASIC所需的关键IP，我们有20多年的IC设计和量产履历，这也使得我们可以供应一站式的做事。如果客户有自己的分外IP，或者自己的IC已经设计完了，但短缺关键IP（比如做事器IP），联发科可以供应关键IP，卖力整合。当然，联发科也可以纯挚的供应后真个物理设计、封测、产品量产方面的支持，但这不是我们的关注点。”对付联发科ASIC做事的商业模式，游人杰这样先容到。
新的发展引擎
过去联发科的产品紧张是通用型芯片，一颗芯片推出会耗费比较多的韶光和精力来调研和设计开拓，以适应很多不同用户的需求，由于潜在客户浩瀚，以是出货量可以相比拟较随意马虎的达到一个可不雅观的数字，但是由于公开市场的竞争比较激烈，以是利润率也比较低。而一旦芯片开拓出来，却没有客户采取，那么将丢失惨重。比如此前联发科耗费大量资金和人力开拓出来的10nm Helio X30只有魅族一家品牌客户采取，而且出货也是极其有限。
比较之下，ASIC芯片是为特定的客户开拓的芯片，从一开始就已经是有了明确的客户，联发科只需根据客户的需求来进行设计做事即可，虽然在这样的模式之下，联发科开拓出来的ASIC芯片只能卖给这家客户，开拓本钱较高，如果出货量不大的话，单颗芯片的本钱也将比较高，但是这些本钱基本都是由客户来承担的，更何况这些ASIC芯片可能还采取了联发科的关键IP和各项技能做事，以是对付联发科来说，只要不涌现失落误基本都是稳赚不赔的买卖。
众所周知，从2016年下半年到2017年上半年，联发科在智好手机市场遭遇了不小的挫折，直到去年下半年Helio P23/P30系列的推出才开始走出低谷。不久前联发科还乘势推出了支持人工智能的Helio P60，并且已在市场上取得不错的反馈。不过，须要把稳的是，智好手机市场在经历了多年的高速增长之后，整体市场已经开始涌现饱和乃至下滑的趋势，手机芯片市场的竞争也开始与智好手机市场一样，开始由增量市场的竞争转向存量市场的竞争，而这种竞争无疑是更为惨烈的。
而比较之下，ASIC的需求正呈现快速增长的态势，而且其买卖模式决定了ASIC业务基本是稳赚不赔的，在这种形式之下，联发科开始开释更多的资源到更具代价的ASIC业务上也确实是明智之举。
联发科副总经理暨智能设备奇迹群总经理游人杰也明确表示：“ASIC是接下来联发科一个主要的发展的业务，一个新的发展的引擎。”
前面我们有提到，包括阿里巴巴、亚马逊、Facebook等互联网巨子都操持推出自己的ASIC芯片，显然他们也都是联发科的潜在的主要目标客户。但是，须要把稳的是，不少互联网巨子也开始通过收购芯片设计公司来设计自己须要的ASIC芯片，比如阿里巴巴近期就收购了中天微。那么这种趋势是否会对联发科的ASIC业务产生不利的影响呢？
“如果你的需求只是想喝一杯鲜奶，那么你没必要养一头奶牛。你养一头奶牛也可以，可以知足你一家人的喝奶需求，但是你没有必要买一个农场。”对付芯智讯提出的这个问题，游人杰打了这样一个比喻。确实，如果阿里的需求足够大，那么他可以收购一家芯片公司来专门为自己做芯片设计，但是芯片设计涉及非常多的环节，中天微也只是做芯片设计，其所拥有的IP也是有限的，而且阿里也不可能所有的IP都自己来开拓，更不可能还去收购晶圆厂、封测厂等，所有全体链条上的事情都自己来做。而对付更多的中小型客户来说，每每在探求干系的IP组合上可能就会摧残浪费蹂躏很长的韶光。
游人杰认为：“互联网公司收购芯片公司，实在更有利于联发科的ASIC业务开展，正由于他们自己来做芯片了，所有才会对芯片设计懂得越多，而懂得越多，就会使得我们沟通起来更加的随意马虎，才会更加理解我们的代价。联发科拥有20多年的芯片设计履历，拥有ASIC所须要的非常多的关键IP和技能、前辈制程和制造工艺、Know-how履历。特殊是在前辈制程方面，联发科有很多的手机客户，以是才能够支撑联发科去投下个前辈制程。可以说我们大量的资源都投入到了前期的IP开拓，我们现在也是单独的奇迹部来全力卖力。这也使得我们能够接到很多客户的需求。客户须要定义出更好的IC架构，对付性能和功耗有更高哀求，须要关键IP和技能支持的时候，自然会选择更专业的、长期的、可靠的互助伙伴。”
对付联发科ASIC业务未来的展望，游人杰表示，“我们希望未来5-10年内，ASIC业务的业务额能够做到相称大的一个规模。”虽然游人杰并未给出详细的数字，不过，芯智讯认为，其所描述的的规模，该当不亚于现在联发科手机芯片业务的规模。显然，未来联发科的ASIC业务或将成为与联发科手机业务并驾齐驱的一大业务。
作者：芯智讯-浪客剑
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