掌握AI技术对经济、社会、能源、军事和地缘政治格局的影响日益突出。在企业、政府和个人机构中广泛应用先进的AI技术不仅具有战略意义，而且势在必行。

尽管在过去七十年里，许多关于AI的研究大多未能取得预期的成功，但是AI技术在近十年来取得了显著进步，其发展速度呈指数级增长。AI的快速发展得益于向高度并行计算架构的转变，这与传统的基于中央处理器(CPU)的系统不同。由于顺序处理特性，传统CPU一次只能处理一条指令，越来越无法满足高级、高度并行的AI算法需求，例如大型语言模型(LLM)。这一挑战推动了AI加速器的广泛发展，AI加速器可显著提高AI应用的性能。

AI应用涉及数十亿到数万亿参数的复杂算法，并需要进行从4位到64位不等的混合精度的整数和浮点数多维矩阵数学运算。尽管底层数学运算由简单的乘法器和加法器组成，但在AI应用中它们会被复制数百万次，给计算引擎带来了巨大的挑战。

AI加速器包括GPU、FPGA和定制ASIC几种形式。与CPU相比，这些AI加速器的性能大幅提升，执行速度更快，模型部署更高效，具备更强的可扩展性，能处理日益复杂的AI应用。

AI技术在各行各业的广泛应用，推动了AI加速器市场的蓬勃发展。从面部/图像识别、自然语言处理，到自动驾驶汽车和生成式AI，AI正在改变我们的生活及工作方式。这场革命激发了对更快、更高效AI处理的巨大需求，促使AI加速器成为人工智能基础设施的重要组成部分。

尽管市场增长迅猛，但现有的商业AI处理产品存在一定的局限性。

最终，我们可以期待一个能够最优地完成预期任务的解决方案，这并不一定是功耗最低、成本最低或效率最高的解决方案。

目前的限制与需求

人工智能处理主要发生在两个地方：云端(数据中心)和边缘端。目前，这两个地方都有独特的要求和挑战。

·云端人工智能处理

在数据中心应用领域，AI加速器市场两极分化严重，一家主导企业控制着约95%的市场份额。为了促进更大的多样化，必须解决以下几个关键问题：

• 强大的处理能力：处理能力必须达到每秒能执行1千万亿次的浮点运算(petaFLOPs)，并能在实际工作负载下稳定运行。
• AI硬件成本高昂：AI硬件的价格昂贵，限制了小型企业的使用，只有大型企业才能负担得起。
• 耗电量大：为了支持AI加速器的高能耗，需要特殊的电力供应和冷却系统，这些设施的建设和维护成本很高，使得企业扩展AI应用变得相当困难。
• 市场垄断：市场主导者可能通过控制市场，抑制市场竞争并阻碍创新，我们需要比现有产品更节能、更具成本效益的解决方案来打破这种垄断。

值得一提的是，最近数据中心的重点已从训练转向推理，这种转变降低了处理单个AI查询或请求所需的成本，并减少了在采购新硬件和维持日常运营方面的财务负担。这些转变不仅更易获得先进的AI能力，还推动了AI技术的可持续发展，从而实现跨行业的广泛应用。

·边缘AI处理

与数据中心的AI处理市场相比，边缘AI处理市场得特点是高度分散。许多初创公司针对不同行业的特定需求推出了多样化的商业产品，这种现象在促进市场竞争和创新方面是积极的。尽管如此，行业仍然需要开发更全面的解决方案，以满足广泛的应用需求。

边缘AI处理面临着一系列挑战，其中低功耗和低成本是关键标准，而计算能力则相对次要。

·处理效率和延迟：AI属性中常被忽视的部分

虽然最先进的AI处理器以令人印象深刻的处理能力为卖点，有时甚至达到每秒数千万亿次浮点运算，但它们的实际性能却常常不尽如人意。这些规格通常强调理论上的最大值，而忽略了关键的处理效率因素——即在实际应用中可达到的理论功率百分比。在执行最先进的大型语言模型时，大多数AI加速器的效率都会大幅下降，有时甚至低至1%-5%。

延迟是衡量AI处理器性能的另一个重要指标，但它往往不被包括在规格说明中。这种疏忽可能是由于延迟高度依赖于算法，以及大多数处理器在实际操作中的效率并不理想。

考虑两个实际应用场景中对延迟的严格要求：

• 自动驾驶汽车：这些系统必须迅速响应，以便在20毫秒内处理来自各类传感器的环境数据，并在30毫秒内做出并执行决策。实现这些严格的时间目标是技术面临的重大挑战。
• 生成式AI：为了维持用户的持续参与，生成式AI需要在数秒内提供首次响应。目前，这一需求通过增加并行工作的处理器加速器数量来满足。但这种方法带来了高昂的初期投资和运营成本，同时显著增加了能耗问题。

这些情况突显了商用处理器面临的主要局限，即内存瓶颈问题。内存瓶颈意味着数据传输到处理单元的速度受限，这导致处理器无法持续高效地工作，影响了整体性能。

一个可行的解决方案

为了应对挑战并保持市场领先地位，公司应该致力于开发新一代的AI加速器，聚焦于以下三个关键领域：

• 技术创新：开发基于创新型AI专用架构的解决方案，该架构能够突破内存瓶颈，即使在内存数据传输速度不足时也能保持高效运行。这种架构将提供更高的吞吐量、更低的延迟和能耗，同时降低成本，显著提升整体性能和市场竞争力。
• 可扩展性和灵活性：设计可扩展、模块化、可编程的AI加速器，使其能够适应不同的AI工作负载，并能轻松集成到多样化的平台和系统中。这种灵活性将扩大市场覆盖范围，满足从小型初创公司到大型企业的多样化需求。
• 易于部署：构建一个易于使用的软件堆栈，使算法开发者能够轻松地将算法映射到AI加速器上，无需深入了解硬件加速器的复杂性，包括RTL(寄存器传输级)设计和调试过程。这将促进开发者对解决方案的快速采纳和应用。

为了制定一个成功的战略，公司应该积极构建与软件开发商、教育机构以及其他硬件制造商之间的战略合作伙伴关系。这样的联盟将促进技术的无缝集成，并推动解决方案的广泛采纳。

AI加速器市场的未来

未来几年，预计AI加速器市场将保持快速增长的势头，这一增长主要得益于对处理更复杂AI应用需求的日益增长。这种趋势预示着市场对高性能、高效率加速器的需求将变得更加迫切。

我们预期将见证AI加速架构的创新浪潮，供应商们将致力于开发更灵活、更节能的产品。在竞争日益激烈的AI加速器市场中，那些能够在效率、可扩展性、易用性和可持续性方面提供创新解决方案的厂商将脱颖而出。

最终，市场将倾向于选择那些能够以最优化的方式执行任务的AI加速器——它们应具备节能、成本效益和高效率的特点。理想解决方案不一定是在功耗、成本或效率上达到极端最低或最高的产品，而是在这些因素间找到最佳平衡点的方案。

本文翻译自《国际电子商情》姊妹平台EETimes Europe，原文标题：