NPU高效能、低功耗，会是GPU之后又一风口吗？

来源: 第一财经资讯

随着人工智能技术和应用的发展，作为深度学习和人工智能领域的专用芯片，NPU正逐渐走向舞台中央。

NPU，神经网络处理单元，用于高效执行神经网络的计算，通常具有优化的硬件架构，如向量处理单元、矩阵乘法单元、卷积单元和激活函数单元等，能够在硬件级别上执行大规模矩阵运算和卷积运算，以提高神经网络计算效率。

当前各类AI算法主要利用深度神经网络等算法模拟人类神经元和突触，NPU能够实现更高效率、更低能耗处理人工神经网络、随机森林等机器学习算法和深度学习模型。如今，多家手机厂商已搭载NPU，AIPC也将通过“CPU（中央处理器）+NPU+GPU（图形处理器）”打造本地混合计算。那么，NPU会是继GPU之后的又一风口吗？

NPU：高效能、低功耗、更擅长推理

“相比于CPU和GPU，NPU的优势在于高效能、低功耗、易于编程、降低了开发门槛，同时支持多种语言和框架方便开发者进行模型开发和部署。”IDC中国分析师杜昀龙告诉第一财经。

传统的CPU通常用于执行通用计算任务，但对于处理大规模的神经网络计算，CPU的处理效率相对较低。

GPU通常作为CPU的协处理器，和CPU相比逻辑运算单元更少，处理并行计算优势明显，能够分担CPU的计算量，也是目前数据中心侧应用最广的加速计算芯片。

NPU采用“数据驱动并行计算”的架构，在电路层模拟人类神经元和突触，特别擅长处理视频、图像类的海量多媒体数据。区别于CPU、GPU所遵循的冯诺依曼架构，NPU能够通过突触权重实现存储计算一体化，提高运行效率，因此比GPU更擅长推理。且NPU芯片设计逻辑更为简单，在处理推理工作负载时具有显著的能耗节约优势。

不过，由于GPU已经具备英伟达CUDA等完善的生态，杜昀龙认为，缺少像GPU那样完善的生态环境是目前NPU渗透率提升最大的瓶颈。

据IDC数据，2022年中国实现数据中心计算加速仍以GPU为主，GPU在人工智能芯片市场中出货量占比达86%；NPU占比为12%，较以往具有明显增长。

多用于端侧和边缘侧

与云侧不同的是，端侧对于功耗更加敏感，对低功耗芯片的需求更明显。因此，随着人工智能应用场景陆续落地，NPU易开发、高效能、低功耗等优势逐渐突显。业内普遍认为，在大算力需求爆发下，云侧的算力需求将传递至端侧。目前，实现智能终端算力的最常用方式是在SoC芯片中内置NPU模块。

“NPU是专门为人工智能应用而设计的芯片，目前看NPU通常用于边缘侧和端侧场景更多，比如人脸识别、人脸解锁、影像处理等。”杜昀龙表示。

AIPC有望在2024年批量上市，而AIPC普遍搭载NPU，与CPU、GPU共同构成AIPC核心算力。

英特尔近期发布了内置NPU的第14代酷睿Ultra移动处理器。英特尔表示，2024年，将有230多款机型搭载酷睿Ultra。苹果也将在2024年发布搭载M3处理器的MacBook，并透露其M3处理器的NPU性能相较于M1提升了60%。

手机端则更早开始搭载NPU，华为最早在Mate10采用寒武纪NPU，后在990系列上采用自研的达芬奇NPU。苹果从A11SoC开始加入Neuralengine，最新公布的A14SoC中，NPU算力已有巨大提升，Neuralengine结合CPU上的机器学习加速器能够大大提高AI应用体验。

除智能手机、AIPC外，在汽车、边缘侧如XR及各类物联网智能终端中，NPU也有应用。随着大模型走进千行百业，端侧AI、边缘侧AI渗透率提升，也将带来更多NPU需求。

国产芯片厂商深入布局

目前，国内芯片厂商正奋力自研NPU，以把握AI浪潮。以阿里平头哥为代表的芯片公司已推出面向数据中心AI应用的人工智能推理芯片，目前含光800已成功应用在数据中心、边缘服务器等场景。

国产SoC厂商也在深入布局NPU，以丰富和提升SoC人工智能处理能力。

NPU在SoC中的典型应用为机器视觉。以瑞芯微（603893.SH）的新一代机器视觉方案RV1106及RV1103为例，两颗芯片在NPU、ISP、视频编码、音频处理等性能均有显著升级，集成度与性价比较高，可以在低待机功耗的同时提供优秀的边缘AI算力。瑞芯微高性能的RV1126具备四核ARMCortex-A7和RISC-VMCU，2.0TopsNPU，活体检测率可以高达98.48%，最新旗舰芯片RK3588支持6Tops的NPU算力。

晶晨股份（688099.SH）A311D在采用高性能A73内核的同时，搭载了5TOPS的高性能NPU，可以广泛用于各类中高端AIOT（人工智能物联网）设备。

NPU IP方面，芯原股份（688521.SH）通过2016年对图芯美国的收购，芯原获得了图形处理器（GPU）IP，在此基础上自主开发出了NPU IP。芯原股份此前告诉第一财经，目前，在AIoT领域，公司用于人工智能的神经网络处理器IP已经被50多家客户的100多款芯片所采用，被用在物联网、可穿戴设备、安防监控、服务器、汽车电子等10个应用领域。