国内首款存算一体大算力芯片，瞄准智能驾驶！

ChatGPT等人工智能应用的爆火再次引发了行业对大算力的需求。未来的计算系统相比现在的芯片，至少需要有1000倍甚至更高的效率提升才能满足无处不在的万物智能。AI芯片是AI算力的“心脏”，而高性能的AI芯片需要先进的制程技术来实现更小的晶体管、更高的集成度和更低的功耗。随着摩尔定律在逼近极限，如果继续依靠先进工艺的底层技术创新，沿这个方向走下去，能否达到未来所需的算力提升？不好说。但无论如何，行业正在为之努力。

与此同时，行业内也有人在另辟蹊径，利用底层架构创新来实现算力的提升。近几年来，存算一体在作为一项有望突破算力瓶颈的先进技术，正在被国内外越来越多企业选择。存算一体这种创新的架构，通过将部分或全部的计算移到存储中，把计算单元和存储单元集成在同一个芯片，在存储单元内完成运算，减少数据来回搬运造成的数据传输延迟、损耗等问题，以此来突破芯片性能瓶颈及提升能效比。

而在存算一体大算力这一领域，国内芯片企业走在了前列。

2023年5月10日，后摩智能正式发布首款存算一体智驾芯片——鸿途H30。仅用12nm工艺制程，该芯片的物理算力实现了高达256TOPS，在Int8全精度的计算提供下，计算延时只有1.5ns，能效比为30-150 TOPS/W，比业界同等精度计算条件下的水平提高了3倍以上。250TOPS可以说是目前国内效率最高的大算力智能驾驶芯片！35W的典型功耗也令人震惊。这就是存算一体架构技术的魅力。

除了大算力和低功耗之外，它还具有全精度、车规级、可量产、通用性的特性。而透过这些突破性技术表现，我们也嗅到了后摩智能浓浓的技术创新实力。

首先是存算一体电路结构的设计，后摩智能采用的是基于SRAM存储介质的存算一体架构，将定制化的乘加电路和传统的SRAM Bit Cell电路完全融合在一起。下图中右图是存算一体电路的架构图，浅色部分是传统的SRAM电路，深色部分是一些定制化的电路结构，包括乘法器、加法数、累加器等，做到数据读取出来之后马上可以在原地参与计算。

其次，H30芯片采用的是后摩智能自研的AI处理器架构—IPU（Intelligence Processing Unit）。目前该IPU架构规划有三代：第一代是天枢架构，面向智能驾驶；第二代是天璇架构，它可以应用于更多的场景；第三代是天玑架构，将面向通用人工智能。H30芯片采用的是第一代天枢架构IPU。

解决了存和算的问题，在数据的传输方面：1）后摩智能专门设计了专用的数据传输总线，它能把各个Tile和各个IPU核连接起来，在它们之间建立高速的、直接的数据传输通道。2）在AI计算里，数据复用是一个非常重要的特性，因此，后摩智能为此设计了独特的多波机制，避免了数据重复的读取和传输。

通过存算电路底层技术的创新加上AI处理器架构的创新，再加上出色的工程实现能力，最终鸿途H30实现了多项芯片性能指标的突破。与某国际巨头芯片对比，在工艺落后一代的情况下，进行完全相同的测试，H30芯片的功耗减少了50%以上，性能却有2倍以上的提升。

为了帮助客户更好的落地，后摩智能同步推出了基于鸿途 H30芯片打造的智能驾驶硬件平台——力驭（Sailing，寓意早日扬帆起航）。仅依靠一颗H30芯片，力驭平台的CPU算力高达200 Kdmips，AI算力高 256Tops，足够支撑智能驾驶所有的传感器。而且力驭平台的功耗仅为85W，可采用更加灵活的散热方式，实现更低成本的便捷部署。

基于鸿途H30芯片后摩智能自主研发了一款软件开发工具链—后摩大道，支持 PyTorch、TensorFlow、ONNX等主流开源框架，编程兼容CUDA前端语法，同时支持SIMD和SIMT 两种编程模型，兼顾运行效率和开发效率，进一步实现了鸿途™H30 的高效、易用。

目前后摩智能的鸿途H30芯片将于6月份开始给Alpha客户送测。同时，后摩智能的第二代产品鸿途H50 已经在全力研发中，将于2024年推出，支持客户 2025年的量产车型。

当下，在各国都在争抢加速进入人工智能时代的时间节点下，算力是AI技术角逐的源动力。然而持续紧张的地缘关系，国内在先进工艺采用方面的掣肘，使得国产算力的提速面对着多方面的难题，不仅是算力的需求，功耗也是行业所面临的挑战。此次后摩智能率先在存算一体大算力芯片上的突破，可以说用实际产品证明了存算一体技术的优势和潜力。

计算效率高，工艺依赖度低：我们可以看到，后摩智能鸿途H30芯片，所采用的12nm的工艺并不是最先进的，但却能达到超过200TOPS的算力。纵观全球AI芯片的算力发展情况，基于传统路径的芯片在算力提升方面需要很大程度上依赖先进工艺，行业内达到200TOPS算力的AI芯片一般的工艺都要7nm甚至更先进才行，如英伟达的Orin芯片和国内的一些200TOPS左右算力的芯片等大多都是在7nm。更甚之，英伟达的Thor可以实现1000T以上的算力，但是工艺要采用4nm。

与某国际巨头的8nm智驾领域的某款旗舰芯片，以Resnet50网络为例，后摩智能H30的性能在等于1的配置条件下，可以达到8700帧每秒；如果把它设成8，可以突破1万帧，达到10300帧每秒的性能。整体来说后摩H30芯片的性能可以达到友商的2倍以上。

后摩智能创始人吴强也表示，从技术和产品需求匹配的角度来看，存算一体带来的技术和产品的优势，和智能驾驶的关键需求是天然吻合的。其原因主要有两方面：一方面是算力功耗的需求；另一方面从终局的角度来看，智能驾驶的终局是要代替人，实现无人驾驶。所以智能驾驶芯片一定要无限接近人脑的效率。而存算一体技术正是一个比传统架构更接近人脑的计算形式，它也能够达到比传统架构高许多的计算效率。

对于市场空间如此大的智能驾驶，如果后摩智能的鸿途H30芯片能够真正走量并释放出其优势。那么，这将不仅为国产智能驾驶领域的客户们提供一个差异化的新选择，也将为存算一体架构的芯片的大规模发展奠定良好的基础。许多机构都预测2023年将是存算一体大规模商业落地的元年，伴随着此次鸿途H30芯片的量产发布，存算一体技术的商业化元年也即将正式开启。

作为一项通用技术，存算一体技术可以根据不同领域和应用场景进行优化和应用。智能驾驶只是存算一体技术应用的冰山一角，存算一体还有很大的应用可能性和商业价值的潜力深埋于底下。比如人形机器人，服务机器人，以及对算力和能效有更高要求的场景如ChatGPT、云端推理等等都将是存算一体技术能够发挥所长的应用。

当然，存算一体技术的更大商用化还需要产业界上下游的共同努力，让存算一体技术的规模化应用从1走向100。后摩智能联合创始人兼研发副总裁陈亮在会上透露：“在不久的将来，我们会把我们的AI处理器硬件设计开源，大家可以去下载到我们的IPU设计资料，做PPA的评估和软件算法的开发，或者甚至将来用到自己的产品当中去。我们希望有更多的人和组织能够参与进来，相信以大家的智慧可以更好的让这个方向落地，大家可以共建生态，最终让整个产业链受益。”

2020年11月成立，2022年5月验证芯片成功点亮，2023年5月量产芯片面世，对于存算一体新架构+大算力这样一项颠覆性技术而言，这个速度彰显了后摩智能的产品落地能力。通过不断突破技术瓶颈和持续的研发投入，后摩智能成功地将存算一体的概念应用于大算力AI芯片，并实现了高性能计算与低能耗的平衡。后摩智能的存算一体AI芯片取名鸿途，寓意是有鸿鹄之志，但是又脚踏实地，走向漫漫征途。

凭借这一芯片的落地，后摩智能迅速成长为国产AI芯片行业的重要创新力量。而且在当下大算力AI芯片发展遭遇瓶颈之际，作为国内率先落地存算一体大算力AI芯片的公司，后摩智能用实打实的产品，为我国发展高算力、低功耗和低成本的AI芯片注入新的发展动能。

文章来源半导体行业观察