2019年8月,美國(guó)信息技術(shù)與創(chuàng)新基金會(huì)(Information Technology and Innovation Foundation,ITIF)的數(shù)據(jù)創(chuàng)新中心發(fā)布了《誰(shuí)會(huì)在人工智能角逐中獲勝:中國(guó)、歐盟或美國(guó)》(Who Is Winning the AI Race: China,the EU or the United States?)。該報(bào)告通過(guò)對(duì)人才、科研、開(kāi)發(fā)、應(yīng)用、數(shù)據(jù)和硬件六類(lèi)指標(biāo)的比較,對(duì)中國(guó)、歐盟和美國(guó)人工智能發(fā)展的現(xiàn)狀進(jìn)行測(cè)算。本報(bào)告對(duì)中國(guó)、歐盟和美國(guó)的六類(lèi)指標(biāo)中的硬件指標(biāo)進(jìn)行解讀,分析半導(dǎo)體銷(xiāo)售量、半導(dǎo)體研發(fā)支出、設(shè)計(jì)AI芯片的公司數(shù)量、超級(jí)計(jì)算機(jī)數(shù)量及該系統(tǒng)的綜合性能情況。
一、硬件對(duì)于一個(gè)國(guó)家的AI競(jìng)爭(zhēng)力至關(guān)重要
AI系統(tǒng)依賴(lài)于可以每秒執(zhí)行大量操作的半導(dǎo)體設(shè)備(如集成電路)。實(shí)際上,作為并行執(zhí)行數(shù)學(xué)運(yùn)算的電路的圖形處理單元(GPU)催化了AI發(fā)展。此外,諸如超級(jí)計(jì)算機(jī)的技術(shù)結(jié)合了諸如GPU和中央處理器的處理單元,可以通過(guò)大量的計(jì)算能力擴(kuò)展AI系統(tǒng)的功能。例如,研究人員將超級(jí)計(jì)算機(jī)與機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)結(jié)合,以模擬氣候變化和黑洞合并。
第一,半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)薄弱的國(guó)家可能容易受到其他國(guó)家行動(dòng)的影響。例如,2018年,美國(guó)禁止美國(guó)公司向中國(guó)大型電信設(shè)備制造商中興通訊提供零件和軟件。由于中興通訊依賴(lài)美國(guó)公司的半導(dǎo)體設(shè)備,導(dǎo)致該公司面臨巨大挑戰(zhàn)。盡管美國(guó)最終解除了禁令,但此事件突出了中國(guó)對(duì)西方國(guó)家技術(shù)依賴(lài)的問(wèn)題。2019年,美國(guó)禁止美國(guó)公司向五個(gè)特定的超級(jí)計(jì)算實(shí)體出售芯片,而美國(guó)商務(wù)部已將華為列入黑名單。
第三,高性能計(jì)算推動(dòng)了多個(gè)領(lǐng)域的突破性發(fā)現(xiàn),而性能最佳的超級(jí)計(jì)算機(jī)的使用為各國(guó)提供了比其他國(guó)家更快地開(kāi)發(fā)前沿武器系統(tǒng)和應(yīng)用程序的優(yōu)勢(shì)。
二、AI硬件發(fā)展的情況
1. 半導(dǎo)體銷(xiāo)售量
該指標(biāo)衡量的是2019年第一季度全球銷(xiāo)售量排名前15位的半導(dǎo)體公司的數(shù)量。由表1可知,美國(guó)全球銷(xiāo)售量排名前15位的半導(dǎo)體公司的數(shù)量(6家)居首,其次是歐盟(2家公司)和中國(guó)(1家公司)。
表1 2019年中國(guó)、歐盟和美國(guó)半導(dǎo)體銷(xiāo)售額排名前15位的公司數(shù)量
2. 半導(dǎo)體研究與開(kāi)發(fā)支出
不僅半導(dǎo)體銷(xiāo)售額重要,半導(dǎo)體公司的研發(fā)支出也很重要,其通常是影響開(kāi)發(fā)最佳芯片的主要因素。該指標(biāo)衡量的是2017年研發(fā)支出排名前10位的半導(dǎo)體公司的數(shù)量。美國(guó)研發(fā)支出排名前10位的半導(dǎo)體公司數(shù)量(5家)居首,領(lǐng)先于歐盟和中國(guó)(表2)。其中,5家美國(guó)公司在研發(fā)方面的總支出為240億美元。
表2 2017年中國(guó)、歐盟和美國(guó)研發(fā)支出前10位的半導(dǎo)體公司數(shù)量
3. 設(shè)計(jì)AI芯片的公司數(shù)量
由于一些公司發(fā)現(xiàn)開(kāi)發(fā)定制的AI芯片可以改善其AI系統(tǒng)的性能,因此,跟蹤設(shè)計(jì)AI芯片的公司數(shù)量也很重要。本報(bào)告分析了包括CrunchBase在內(nèi)的多個(gè)數(shù)據(jù)源,跟蹤AI開(kāi)發(fā)芯片的公司數(shù)量。由表3可知,美國(guó)設(shè)計(jì)AI芯片的公司數(shù)量(55家)多于中國(guó)(26家)和歐盟(12家)。每1000萬(wàn)員工中,美國(guó)設(shè)計(jì)AI芯片的公司數(shù)量(3家)居首,其次是歐盟(0.5家)和中國(guó)(0.3家)。
表3 2019年中國(guó)、歐盟和美國(guó)設(shè)計(jì)AI芯片的公司數(shù)量
4. 超級(jí)計(jì)算機(jī)數(shù)量
該指標(biāo)檢查性能方面排名前500位的超級(jí)計(jì)算機(jī)的數(shù)量,即計(jì)算機(jī)每秒所執(zhí)行的浮點(diǎn)運(yùn)算次數(shù)。由表4可知,2019年,在超級(jí)計(jì)算機(jī)500強(qiáng)中,中國(guó)擁有的超級(jí)計(jì)算機(jī)數(shù)量(219個(gè))超過(guò)美國(guó)(116個(gè))和歐盟(92個(gè))。每1000萬(wàn)員工中,美國(guó)的超級(jí)計(jì)算機(jī)的數(shù)量(7個(gè))多于歐盟(4個(gè))和中國(guó)(3個(gè))。
表4 2019年中國(guó)、歐盟和美國(guó)排名前500位的超級(jí)計(jì)算機(jī)數(shù)量
5. 超級(jí)計(jì)算機(jī)綜合系統(tǒng)性能
評(píng)估國(guó)家或地區(qū)的另一種方法是衡量排名前500位的超級(jí)計(jì)算機(jī)的綜合系統(tǒng)性能。圖1顯示了2009—2019年,在全球前500強(qiáng)超級(jí)計(jì)算機(jī)中,美國(guó)的綜合系統(tǒng)性能占比最高(38%),多于中國(guó)(30%)和歐盟(17%)。每10000名工人中,美國(guó)的超級(jí)計(jì)算機(jī)的綜合系統(tǒng)性能(36 TFLOPs/s)領(lǐng)先于歐盟(10 TFLOPs/s)和中國(guó)(6 TFLOPs/s)。
圖1 2009—2019年中國(guó)、歐盟和美國(guó)排名前500位的超級(jí)計(jì)算機(jī)的總體性能
三、總結(jié)
1. 美國(guó)仍遙遙領(lǐng)先,我國(guó)趕超歐盟
由數(shù)據(jù)分析顯示,美國(guó)在硬件方面在世界上仍然領(lǐng)先,但中國(guó)在超級(jí)計(jì)算機(jī)數(shù)量方面超過(guò)了美國(guó),在A(yíng)I半導(dǎo)體方面正在崛起,歐盟在硬件方面落后。
2. 美國(guó)在超級(jí)計(jì)算機(jī)方面地位不牢固
世界最快的10臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)中有6臺(tái)在美國(guó),其中最快的兩臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)(Summit和Sierra)在美國(guó)能源部(DOE)的站點(diǎn)。此外,世界500強(qiáng)超級(jí)計(jì)算機(jī)中96%的處理器是由美國(guó)英特爾公司開(kāi)發(fā),133臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)的加速器或協(xié)處理器中,98%來(lái)自美國(guó)的Nvidia及英特爾公司。
但是,我國(guó)已經(jīng)趕超美國(guó)成為超級(jí)計(jì)算機(jī)的全球領(lǐng)導(dǎo)者。2010年6月,全球500臺(tái)性能最佳的超級(jí)計(jì)算機(jī)中有282臺(tái)在美國(guó)。然而,在2018年,美國(guó)的超級(jí)計(jì)算機(jī)只有109臺(tái)位居世界500強(qiáng),為歷史最低水平。此外,美國(guó)和中國(guó)都在開(kāi)發(fā)百億億次計(jì)算機(jī),它們每秒可以執(zhí)行五百億次計(jì)算。
3. 我國(guó)的人工智能芯片正在崛起
盡管我國(guó)在超級(jí)計(jì)算機(jī)方面與美國(guó)處于競(jìng)爭(zhēng)狀態(tài),但其在半導(dǎo)體領(lǐng)域已經(jīng)開(kāi)始顯示出與美國(guó)差距的縮小。在過(guò)去的兩年中,我國(guó)數(shù)家AI芯片初創(chuàng)企業(yè)已獲得至少1億美元的資金。一些專(zhuān)家認(rèn)為,與在半導(dǎo)體市場(chǎng)上相比,我國(guó)在人工智能芯片市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)更大。例如,為機(jī)器人開(kāi)發(fā)人工智能芯片的Horizon Robotics在2018年的B輪融資中獲得了6億美元的投資,該輪融資由世界領(lǐng)先的韓國(guó)半導(dǎo)體公司SK Hynix牽頭。同樣,最初開(kāi)發(fā)用于比特幣采礦的芯片的比特大陸,已經(jīng)開(kāi)發(fā)了一種人工智能芯片,并在2017—2018年獲得了近7.65億美元的資金。
此外,包括百度、騰訊、阿里巴巴和華為在內(nèi)的幾家領(lǐng)先的技術(shù)公司正在開(kāi)發(fā)AI優(yōu)化的集成電路,美國(guó)的大型技術(shù)公司也正在這樣做。華為在設(shè)計(jì)方面表現(xiàn)出了非凡的實(shí)力,如設(shè)計(jì)處理器中晶體管的尺寸的技術(shù)。較小的晶體管比較大的晶體管具有更高的使用功率,同時(shí)可以增加處理器中晶體管的潛在數(shù)量,從而使其產(chǎn)品的潛在功能更強(qiáng)大。
近十年來(lái),許多西方國(guó)家的半導(dǎo)體公司一直在設(shè)計(jì)處理器和培養(yǎng)工程人才。我國(guó)在A(yíng)I芯片市場(chǎng)上最具競(jìng)爭(zhēng)力的是開(kāi)發(fā)專(zhuān)門(mén)的AI芯片,它對(duì)AI的重要性比在Nvidia主導(dǎo)下的GPU更為重要。美國(guó)公司也在開(kāi)發(fā)專(zhuān)門(mén)的AI芯片,如Google的Tensor處理單元和Luminous Computing的光學(xué)微芯片(通過(guò)不同顏色的光來(lái)移動(dòng)數(shù)據(jù))。我國(guó)的AI芯片初創(chuàng)企業(yè)的發(fā)展和芯片設(shè)計(jì)的進(jìn)步表明,我國(guó)將有能力在半導(dǎo)體領(lǐng)域縮小與美國(guó)的差距。
4. 歐盟在開(kāi)發(fā)先進(jìn)的
人工智能芯片方面相對(duì)滯后
首先,沒(méi)有一家歐盟半導(dǎo)體公司在研發(fā)支出上排名進(jìn)入世界前十。其次,一些最具創(chuàng)新性的芯片設(shè)計(jì)來(lái)自美國(guó)和中國(guó)公司,如Alphabet、Facebook和百度。由于歐洲分散的市場(chǎng)和競(jìng)爭(zhēng)法規(guī),歐盟的數(shù)字初創(chuàng)企業(yè)一直很難擴(kuò)大規(guī)模。最后,非歐盟公司正在收購(gòu)歐洲半導(dǎo)體設(shè)計(jì)公司。日本企業(yè)集團(tuán)軟銀2016年以320億美元的價(jià)格收購(gòu)了英國(guó)半導(dǎo)體公司ARM,我國(guó)的私募股權(quán)公司Canyon Bridge2017年以5.5億英鎊(約6.16億美元)的價(jià)格收購(gòu)了英國(guó)半導(dǎo)體設(shè)計(jì)公司Imagination Technologies。
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