这家传奇的芯片制造(zào)商正在应对(duì)这样一个现(xiàn)实:人工智能需要要求越来(lái)越强大的(de)计算能力时,但摩尔定律(Moore’s Law)却在放缓。
当我(wǒ)走到加州Santa Clara英特尔游客中(zhōng)心时,一大群韩国青少年从他(tā)们的巴士上跑出来,兴(xìng)奋(fèn)地(dì)围(wéi)着英特(tè)尔的大(dà)招(zhāo)牌(pái)集合(hé),进(jìn)行自拍(pāi)和集体拍摄。这是你在苹果或谷歌(gē)可能会(huì)看到(dào)的那(nà)种狂热。但是英特(tè)尔(ěr)呢?
然后我(wǒ)想(xiǎng)起来英特尔是把“硅”放在硅谷的(de)公司。它的处理器和(hé)其(qí)他技术为个人电(diàn)脑革(gé)命提供(gòng)了很大(dà)的潜在动力。现年51岁的(de)英特尔仍(réng)有一定的明星(xīng)效应。
但它也正在经历一场深刻的(de)变革,重塑公(gōng)司文化和(hé)产品生产方(fāng)式。一如既往,英特尔的主(zhǔ)要产品是台式电(diàn)脑、笔记本电脑、平板电(diàn)脑和服务器大脑的微处理器(qì)。它(tā)们是由(yóu)数百万或数(shù)十亿个晶体管组成的(de)硅晶圆,每(měi)个晶体管都有一个“开”和“关”状态,对应计算(suàn)机(jī)的二(èr)进制“1和0”语言。
自上世纪(jì)50年代以来(lái),英特(tè)尔通过在硅片上塞入更多的晶体管,实(shí)现了处(chù)理器功率的(de)稳步(bù)增长。英(yīng)特尔(ěr)的发展速度(dù)是如(rú)此的稳定,以至于英特尔联合创始人Gordon Moore在1965年做出了著名的预测(cè):芯片(piàn)上的晶体管(guǎn)数(shù)量每(měi)两年将增加一倍。分析人士表示,“摩尔定律(lǜ)”多(duō)年来一(yī)直适用(yòng),但英(yīng)特尔的晶体管填充方法已经到(dào)了收(shōu)益递减(jiǎn)的(de)地步。
与此同时,对处理(lǐ)能(néng)力(lì)的需求也达到了前(qián)所(suǒ)未(wèi)有的(de)高度。分析人士(shì)表示,人工智能现在几乎在所有(yǒu)行业的(de)核(hé)心业(yè)务流(liú)程(chéng)中(zhōng)都得到了广泛应用,它的崛起正推动人们对(duì)计算能力的需求超速增长。神经网(wǎng)络需要大量(liàng)的计算能力,并且(qiě)在计算机团队共享工作时它(tā)们表现最佳。而且它们的(de)应用(yòng)远远超出(chū)了PC和服(fú)务器(qì),而PC和服务器首(shǒu)先使英(yīng)特尔(ěr)成为了庞然(rán)大物。
自(zì)2019年1月(yuè)起(qǐ)担(dān)任(rèn)英(yīng)特尔总裁(cái)的Bob Swan表示(shì):“无论是智能城(chéng)市、零售店(diàn)、工厂、汽车还是家庭,所有这些东西都有点像今天的电脑。”人工智能的(de)结构性(xìng)转变和英特(tè)尔扩张的(de)雄心,迫使该公(gōng)司改变(biàn)了(le)部分芯片的设计和功能(néng)。该公司正在开发软(ruǎn)件(jiàn),设计可以协同工作的芯(xīn)片,甚(shèn)至还在考虑收购其他公(gōng)司,以便在一个变化了的计算世界中让自(zì)己跟上时代的步伐(fá)。随(suí)着人工智能越来越(yuè)多(duō)地(dì)进入我们(men)的商业和个人生活,整个行业依赖英特尔为其(qí)提供动(dòng)力(lì),更多的(de)变革(gé)肯(kěn)定会到来。
摩尔定律之死
如今,主(zhǔ)要是拥有数(shù)据中心(xīn)的大型科技公司(sī)将人工智能(néng)用于其主要业务。其中一些公司,如亚马逊、微软和谷歌(gē),也将人(rén)工智能作为云(yún)服务提供给企业客户。但(dàn)人工(gōng)智能正开(kāi)始蔓延到其他(tā)大型(xíng)企业,这些企(qǐ)业将训练模型来分析和处理大量输入数据。
这种转变将需要大量(liàng)的计算。而人(rén)工(gōng)智能模(mó)型对计算能力的(de)渴望,正是人工智能复兴与摩尔定律(lǜ)正面交锋的地(dì)方。
几十年来,摩尔1965年的预测对整(zhěng)个科技行业意义重大(dà)。传统上,硬(yìng)件制造商和(hé)软件开发商都将自己的产品路线图与(yǔ)明年CPU的性能挂钩。正如(rú)一位(wèi)分析师所说,摩尔(ěr)定律让(ràng)每(měi)个人都“随着同一种音乐起(qǐ)舞”。
摩(mó)尔定律(lǜ)还(hái)暗示(shì)英特(tè)尔将继续研究,年复一年(nián),如何(hé)在其芯片中实现计算能力的预期(qī)增长。在(zài)其历史上的大(dà)部分时间(jiān)里(lǐ),英特尔通过在硅片(piàn)上塞入更多的晶(jīng)体管实现了这(zhè)一(yī)承(chéng)诺,但它变得越来(lái)越难。
Moor Insights&Strategy首(shǒu)席分析师Patrick Moorhead表示:“我们的芯片工厂快没动力了(le)。现在制造出(chū)这些巨大的芯(xīn)片(piàn)并使其经济化已经日益艰难。”
将(jiāng)更多(duō)的晶体管压缩到硅晶(jīng)圆中是有可(kě)能的(de),但是这样做的成本越来越高,时(shí)间也越(yuè)来越长,而且所得的收(shōu)益(yì)肯定不足以满足计算(suàn)机科学家们正在建(jiàn)立的神经网(wǎng)络(luò)的要求。例如(rú),已知最(zuì)大(dà)的神经网络在2016年有1亿个参数(parameters),而到目前(qián)为(wéi)止最大的神经网络在2019年有15亿个参数(parameters)在短短几年内增加了一个(gè)数量级。
与以前的计算范例(lì)相比,这是一条截(jié)然不同的(de)增长曲线,它给英特尔施加了压力,要求他(tā)们(men)寻(xún)找提高(gāo)其芯片处(chù)理能力的方(fāng)法。
然而,Swan认为人(rén)工智能带来的更多的(de)是一个机会而不(bú)是挑战。他承认,数据中(zhōng)心可能是(shì)英特尔受益的主要市(shì)场,因为它们将需要强大(dà)的芯片进行人工智能(néng)训练和推理,但他相信,英特尔也有(yǒu)越来越大的(de)机(jī)会销售用于智能相机和传感器(qì)等(děng)小型设备的兼容人工智能的芯片。对于这些设备来说,关注的是小尺寸和功(gōng)耗(hào),而不是芯片的原(yuán)始功率,造(zào)成(chéng)了(le)侧(cè)重点不同(tóng)。
Swan表示(shì)“我们认为三种技(jì)术将继续(xù)加速发展:一种(zhǒng)是人工智能,一种是5G,其次是自动驾驶系(xì)统。”这位英特尔前首席财务官在(zài)Brian Krzanich于(yú)2018苗苗被指控与(yǔ)一名员工发生婚外情后离职时接任首席(xí)执行官。
我们坐在英特尔(ěr)总部一间毫无(wú)特色的(de)大会议室里。在房间前面的白板上,Swan画出了英特尔(ěr)业(yè)务(wù)的两个(gè)方面。左边是个人电脑芯片业务,英特尔现(xiàn)在大约有一半的收入来自该业务。右(yòu)边是它的数(shù)据(jù)中心业务,包括新兴的物联网、自(zì)动驾驶汽车(chē)和网络设备市常
Swan说:“我们(men)扩(kuò)展到一个需要越(yuè)来越(yuè)多数据的世界,这个世界需要更(gèng)多的(de)处(chù)理、更多(duō)的存储、更多的检(jiǎn)索、更快的数据移动、分析和智能,以使数据更具相关性。”
相对(duì)于在(zài)500亿美元的数据(jù)中心市场占据90%左右的(de)份额,Swan更想在包括智(zhì)能相机、未来自动驾驶(shǐ)汽车(chē)和网络设备等联网设备在内的3000亿美元物联网市(shì)场(chǎng)中占据25%的(de)市场份额,。这就是他说的“从我们的核(hé)心竞争力开始,要求我们(men)在某些方面进行(háng)创新(xīn),但同(tóng)时也扩展(zhǎn)了我们已经(jīng)做过的工作”的战略(luè)。这(zhè)也可能是英特尔从未能成为智能手(shǒu)机业务的主要技术提供(gòng)商的失败(bài)中复苏的一种方式,因(yīn)为同样来(lái)自美(měi)国的高(gāo)通公司在智能手机领域(yù)长期以来一(yī)直扮演着类似(sì)英特尔的角色。(最近(jìn),英特(tè)尔(ěr)放弃了(le)在智能手机调制解(jiě)调器市(shì)场的主要投资,并将剩余部分卖给了(le)苹果。)
物联网市场包(bāo)括(kuò)用于机器人、无人机、汽车、智能相机和其(qí)他移动设备的芯片,预计到2023年将达到2.1万(wàn)亿美元。虽然(rán)英(yīng)特尔(ěr)在这一市场的份额一(yī)直在以两位数的(de)速度增长,但(dàn)物联网对英特尔(ěr)目前总营(yíng)收的贡(gòng)献仍只有7%左右。
数据(jù)中心业务贡献(xiàn)了32%,仅次于PC芯(xīn)片(piàn)业务,后者(zhě)约占总收(shōu)入的(de)一半。人工智(zhì)能首先影响的是(shì)数据中心。这就是为什么英特尔(ěr)一直(zhí)在改(gǎi)变其最强大的CPU Xeon的设(shè)计,以适应机器学习任务。今年4月(yuè),该(gāi)公司在其第二代Xeon CPU上增加了一个名为“DL Boost”的功能,该功能为神经(jīng)网络提供(gòng)了更高(gāo)的性能,而在准确性方面的损(sǔn)失(shī)可以(yǐ)忽略不计。这也是(shì)该公司(sī)明年将(jiāng)开(kāi)始销售两(liǎng)款专门用(yòng)于(yú)运行大型机(jī)器学习模型的新芯(xīn)片的原因。
AI复兴(xìng)
到2016年,神经网(wǎng)络将被官方用于从产品推(tuī)荐算法到客户服务的自然语(yǔ)言(yán)机器人等各种应用。
与其它芯片(piàn)制造商一样(yàng),英特尔知道,它将不得不向其大客户(hù)提供一种(zhǒng)硬(yìng)件和软件都(dōu)是专门为人工(gōng)智能设(shè)计的芯片,这种芯片可用于(yú)训练人(rén)工智能模(mó)型,然后可以从(cóng)海(hǎi)量数据中推断(duàn)。
当时,英(yīng)特尔还缺乏(fá)一种可(kě)以实(shí)现前者的芯片。业界的说(shuō)法是,英特尔的(de)Xeon CPU非常擅长分析数据,但英特尔在(zài)人(rén)工(gōng)智能领域的(de)竞争对手英伟(wěi)达(Nvidia)制造的GPU更适合训练这是影(yǐng)响英特尔(ěr)业务的一个(gè)重要认知(zhī)。
所以在2016年(nián),英特尔花了4亿美元收购了一家(jiā)名为(wéi)Nervana的初创公司,这家公(gōng)司当时在研发一(yī)种用于训练(liàn)人工智能的快(kuài)速芯片架构。
收购Nervana已经三年了,目(mù)前看来(lái)这是英特尔的明智(zhì)之举。在今年11月(yuè)旧(jiù)金山的一次活动中,英特尔宣布了两款新的Neurana神经网络处理(lǐ)器,一款(kuǎn)用于运(yùn)行从大量数(shù)据中推断意义的神经网络模型,另(lìng)一(yī)款用于训练神(shén)经网络。英特尔与Facebook和百度这两大客户合作,帮助验证芯(xīn)片设计。
Nervana并(bìng)不是英特尔当年唯一的收购案(àn)。2016年(nián),英特尔还收购了(le)另一家名为(wéi)Movidius的公司,该公司一直(zhí)在制(zhì)造微型芯片,可以在无(wú)人机(jī)或智(zhì)能相机等(děng)设备内部运行计算机视觉模型。英特尔的Movidius芯片销(xiāo)量(liàng)虽(suī)然不算(suàn)大,但它们(men)一(yī)直(zhí)在快(kuài)速(sù)增长,解(jiě)决(jué)了(le)Swan所期(qī)待(dài)的更(gèng)大的物联网市常(cháng)在(zài)旧(jiù)金山的活动中(zhōng),英特(tè)尔还宣布了一款(kuǎn)新的(de)Movidius芯片,将于2020年上(shàng)半(bàn)年面世。
英(yīng)特尔的许多客户在(zài)数据中(zhōng)心的服(fú)务(wù)器(qì)内的英特尔常(cháng)规CPU多少会(huì)需要一些人工智能计算。但要将这些(xiē)CPU连接在一起,以便它们能够标(biāo)记出神经网络模型所需(xū)的工作,并不容(róng)易。另一方面,Nervana的(de)首席执行官和创始人Naveen Rao告诉我(wǒ),每一块Nervana芯片(piàn)都包含多个连接,因此很容易与数据中(zhōng)心的其他(tā)处理器(qì)协(xié)同工作。
Rao说:“现在我可以把(bǎ)我的神经网络分解(jiě)成多个相互作用的系统。”“所以我们可(kě)以有(yǒu)一整架(服务器),或者(zhě)四个机架,一起(qǐ)解决一个问题。”
到(dào)2019年,英特尔预计其人工智(zhì)能相关产品的收入将达到35亿美元。目前也只有(yǒu)少数(shù)英特尔客(kè)户(hù)在使用新(xīn)的Nervana芯片,但他们明年可能会有更广泛的用户群。
改(gǎi)造英特尔,从(cóng)芯片开(kāi)始(shǐ)
芯片代表了英特尔长(zhǎng)期以来(lái)的一个信(xìn)念的演变,即一块硅,一个CPU,可(kě)以处理(lǐ)PC或服务器需要(yào)完成(chéng)的任(rèn)何计算任务。随着游戏革命的到(dào)来,这种普遍的观念开始改变,因为游戏革命需(xū)要(yào)在屏(píng)幕上(shàng)显示复杂图(tú)形所(suǒ)需的(de)极端计算能力。将(jiāng)这些(xiē)工作转移到图形处(chù)理(lǐ)单元(GPU)是有意义的,这样(yàng)CPU就不会陷入困境。几年前,英特尔就开始将自己的(de)GPU与(yǔ)CPU集成,明年它将首(shǒu)次发布(bù)独立(lì)的GPU, Swan告诉我。
同样的想(xiǎng)法也适用(yòng)于人工(gōng)智能模型。数据中心服务器内的CPU可以处理(lǐ)一定(dìng)数量的人工智能(néng)进程(chéng),但随着(zhe)工作的扩展,将其“卸载”到另(lìng)一个专用芯片上(shàng)的效率(lǜ)会更高。英特尔一直在(zài)投资设计新的(de)芯片,将CPU和一些(xiē)专用的加速器芯片捆绑在一起,以满足客户对功率和工(gōng)作负载(zǎi)需求。
“当(dāng)你(nǐ)在制(zhì)造芯片时(shí),你(nǐ)想把一个能解(jiě)决问题的系(xì)统组装起来(lái),而这个系统(tǒng)(通常)需要的不仅(jǐn)仅是一个CPU,”Swan说。
此外,英(yīng)特尔(ěr)现(xiàn)在更依赖软件来驱动处理器达到(dào)更高(gāo)的性(xìng)能和更高的(de)能(néng)效。这改变了组织内部的(de)权力平衡。据一位分析(xī)人士称,英(yīng)特尔的软件开发现在与硬件开发是“平等的公民”。
在(zài)某些情况下(xià),英(yīng)特尔(ěr)不再独自生(shēng)产所有芯片,这(zhè)与(yǔ)英特尔的历史做法有着划(huá)时代的不(bú)同。如今(jīn),如果芯片设计者(zhě)要求一种芯片,而(ér)其他公(gōng)司可能比英特尔制(zhì)造得更好或更高效,那么外包工作是可以接受的。例如,用于培训的新Nervana芯片是由半导(dǎo)体(tǐ)制(zhì)造(zào)商台积电(TSMC)制造的。
出于物流和经(jīng)济原因,英特尔(ěr)已经(jīng)将一些芯片制造外包出去。由于其最先进的芯片制(zhì)造(zào)工艺的容量限制,许(xǔ)多客户一直(zhí)在等(děng)待新英特(tè)尔Xeon CPU的订单。因(yīn)此,英特尔将其他(tā)一些芯片的生产外包给了其他制造商。英特尔今年早些时候曾致函客户(hù),对延误表示歉意,并制定(dìng)了(le)赶超(chāo)计划。
所有这些变化都在挑(tiāo)战(zhàn)英特尔内部长期持(chí)有的信念,改(gǎi)变公司的优(yōu)先事项(xiàng),并重新平衡旧的权力结构。
在(zài)这一(yī)转(zhuǎn)型过程(chéng)中,英特尔的(de)业务(wù)看(kàn)起(qǐ)来相当不错。该公司(sī)传统的个人(rén)电脑(nǎo)芯片(piàn)销售(shòu)业务(wù)较五年前下(xià)降(jiàng)了25%,但正如分(fèn)析师迈克 菲布斯(Mike Feibus)所言,Xeon处理器到数据中心的销售正在(zài)“rocking and rolling”。
英特尔(ěr)的一些客户已(yǐ)经在(zài)使用(yòng)Xeon处(chù)理器运(yùn)行人工智(zhì)能(néng)模型。如果这(zhè)些工作(zuò)负载增加,他(tā)们可能会考虑添加新的Nervana专用芯片。英特尔预计这(zhè)些芯片的第一批客户将是“超级计算者”,即运营着(zhe)庞大数据(jù)中(zhōng)心的(de)大公司,如谷歌、微软和(hé)facebook。
英特尔(ěr)将智(zhì)能手机处理器市场拱手让给高通(Qualcomm),从而错失了移动革(gé)命(mìng)的良机,这种说法由来已久。但事实(shí)是,移动设备已经成为通过云数据中(zhōng)心(xīn)向您的手机提供服务的自动(dòng)售货机。因此,当你将视(shì)频传输(shū)到(dào)平板电脑上时,很可能(néng)是英(yīng)特尔芯片在帮助你(nǐ)传输。5G的到来可能会使云游戏等实时服务成(chéng)为可能。未来的一(yī)副智能眼镜可(kě)能能够(gòu)通过与数据(jù)中心运行的算法(fǎ)进(jìn)行闪(shǎn)电般的连接,立即识别物体。
所有这些加起(qǐ)来(lái)就(jiù)形成了一个与科技界围绕(rào)着内置英(yīng)特尔的(de)个人电(diàn)脑的时代截(jié)然不同的时(shí)代。但(dàn)是,随着人工智能(néng)模型变得(dé)越(yuè)来越复杂和(hé)通用,英特尔有机会成为最(zuì)有能力为其提供动力的公(gōng)司,就像它(tā)为我们的计算机提供(gòng)了近半(bàn)个(gè)世纪(jì)的动力一样。