在可预见的未来几年，人工智能将在国家和国际安全中发挥重要作用。因此，美国政府正在考虑如何控制人工智能相关信息和技术的传播。由于难以对通用人工智能软件、数据集和算法进行有效管控，现代智能系统所需的计算机硬件自然成为关注重点。领先的、专业的“人工智能芯片”对于经济、高效地大规模应用人工智能至关重要。对此，美国乔治敦大学安全与新兴技术中心（Center for Security and Emerging Technology，CSET） 发布报告《人工智能芯片：概念内涵及其重要性》，重点介绍何为人工智能芯片，为什么其对于大规模开发和部署人工智能不可或缺，并分析人工智能对国家竞争力的影响。

　　一、产业发展青睐人工智能芯片而非

　　通用芯片

　　（一）芯片创新的规律

　　包括通用的中央处理器（Central Processing Unit，CPU）、专用芯片（如人工智能芯片）在内的所有计算机芯片的发展都得益于较小的晶体管，相比于较大的晶体管，前者运行更快，功耗更少。不过，至少在21世纪头10年，尽管晶体管的尺寸收缩速度很快，并带来了巨大的速度和效率提升，专用芯片的设计价值仍然很低，通用CPU占据主导位置。

　　随着缩小晶体管的技术不断发展，芯片中的晶体管密度持续增加。20世纪60年代，摩尔定律指出，芯片中的晶体管数量大约每两年翻一番。遵从该定律，CPU速度得到了极大的提高。晶体管密度增加对速度的提升主要通过“频率缩放”（frequency scaling）来实现，即晶体管在开（1）和关（0）状态之间切换得更快，从而允许给定的执行单元在每秒进行更多计算。此外，晶体管尺寸的减小降低了每个晶体管的功耗，使芯片的效率也获得了很大的提高。

　　随着晶体管的缩小和密度的增加，新的芯片设计成为可能，新的芯片运行效率和速度得到进一步提升。CPU可以集成更多不同类型的执行单元，这些执行单元能够针对不同功能进行优化。同时，更多的片上存储器可以减少对片外存储器的需求，从而提升访问速度。此外，CPU可以为实现并行而非串行计算的架构提供更多空间。与此相关的是，如果晶体管密度的增加使得CPU更小，那么单个设备可以容纳多个CPU，实现同时运行不同的计算。beat365体育官方网站

　　（二）摩尔定律的减慢与通用芯片的衰落

　　随着晶体管缩小到只有几个原子大小，其尺寸正迅速接近绝对下限，小尺寸下的各种物理问题也使得进一步收缩晶体管尺寸在技术上更具挑战性。这使得半导体行业的资本支出和人才成本以不可持续的速度增长，新芯片制程技术节点的引入速度比过去更慢。因此，摩尔定律正在放缓，也就是说，晶体管密度翻倍所需的时间越来越长beat365。

　　在通用芯片占主导地位的时代，其成本可分散在销售的数百万个芯片中。而专用芯片虽然实现了针对特定任务的改进，但无法依靠足够的销量来弥补高昂的设计成本，其计算优势很快就被下一代CPU抹去了。如今，摩尔定律的放缓意味着CPU不再快速改进，通用芯片的规模经济效应遭到破坏。与此同时，一方面，半导体能力的关键改进已经从制造驱动转向设计和软件驱动；另一方面，人工智能应用需求不断增长，需要依托专用芯片实现高度可并行、可预测的计算。

　　这些因素驱动芯片向人工智能专用化方向发展，促使人工智能芯片夺取CPU的市场份额。

　　二、人工智能芯片的主要特征

　　人工智能芯片是一种常见的专用芯片，具有一些共同的特点。一是与CPU相比，人工智能芯片可以并行执行更多计算；二是能够采用低精度计算模式成功实现人工智能算法，但同时减少相同计算所需的晶体管数量；三是通过将整个算法存储在单个人工智能芯片中来加速内存访问；四是使用专门