人工智能芯片向ASIC轉移將在全球開辟一塊新戰場。這是數字貨幣礦業公司的機會，也是中國芯片的機會

很少有人認識到，數字貨幣挖礦這塊價值近200億元的新興市場本質上是一場芯片之戰。

早高峰時間，一群員工從外面快步走進辦公大廈。他們走向閘機，伸直脖子讓自己的臉出現在銀灰色柱子中的小屏幕里。提示燈亮起，閘機門快速打開，整個過程只用了不到1秒。

這里是比特大陸位于北京北五環外的公司總部。出人意料的是，這家全球最大的數字貨幣礦機公司選擇將人臉識別裝置陳列在公司樓下作為歡迎儀式——而不是在高大鐵架中密密麻麻排列的黑灰色礦機。

“我們現在的定位是12個字，領先的高性能計算芯片公司。”比特大陸產品戰略總監湯煒偉對《財經》記者說。加入比特大陸前他曾在英特爾公司負責中國區高性能計算和人工智能業務。

數字貨幣挖礦產業在全球形成了價值近200億元的市場。但很少有人知道，這個神秘的新興產業本質上屬于芯片市場。挖礦的實質就是比拼礦機公司研發的芯片算力。

礦機芯片由于軟件應用單一，在短時間內快速走過了迭代進化歷程——從CPU到GPU、FPGA，再到ASIC(專用集成電路)芯片。

作為全球排名第一和第二的礦機公司巨頭，比特大陸和嘉楠耘智應用成熟的ASIC芯片技術，在礦機芯片領域壟斷了近90%的全球市場。這是全球芯片行業中，鮮有的被中國公司壟斷的細分市場。

中國芯片在設計、制造、封測三大產業鏈環節均落后于世界先進水平，部分領域甚至跟發達國家有10年-20年的差距。這讓中國的芯片領域過分依賴進口貿易。全球調研機構IC Insights在2016年公布了全球半導體20強，前20位中沒有中國公司上榜。

但這一情形在2017年有所改變。IC Insights2017年公布的全球前十大芯片設計公司(按銷售收入)，國內有兩家企業進入前十名：華為海思和紫光集團分別以47.15億美元和20.50億美元的收入分居第7位和第10位。

由于專利積累、軟件生態配套不足等原因，中國在已經落后的傳統芯片領域想要追趕領先者頗為困難。而在沒有太多歷史包袱、有新技術突破的芯片領域，中國跟其他國家站在同一起跑線上，有機會占據領先位置。

現階段，中國彎道超車的最大希望存在于人工智能(AI)芯片領域。

谷歌和英偉達公司是人工智能處理領域的兩大巨頭，但英偉達主要專注于GPU。人工智能領域的ASIC專用芯片仍是一片藍海，尚未出現足以壟斷市場的巨頭公司。

在AI領域專用芯片，除了谷歌，研發者大多為充滿活力的新興公司，其中活躍著不少中國公司，如寒武紀、地平線等。一家中國知名芯片公司技術總監向《財經》記者指出：“AI芯片上可以說是美國第一，中國第二。”

目前人工智能芯片正在重演礦機芯片的演化路徑——從CPU/GPU/FPGA到ASIC專用芯片。而數字貨幣礦業公司也有機會將挖礦領域成熟的ASIC芯片技術拓展到人工智能領域。芯謀研究發布的2017年中國十大集成電路設計公司榜單上，比特大陸以143億元的年銷售額躍升第二。

人工智能芯片向ASIC轉移將在全球開辟一塊新戰場，這是數字貨幣礦業公司的機會，也是中國芯片的機會。

芯片之痛：落后就要挨打

中國在高端通用芯片上與發達國家差距巨大，對外依存度非常高

中國在和美國的貿易談判當中遭遇了沉痛一擊。美國商務部部長Wilbur Ross 4月16日宣布，未來七年將禁止美國公司向中興通訊銷售零部件、商品、軟件和技術(主要為芯片)。禁售理由是中興公司違反了美國限制向伊朗出售美國技術的制裁條款。禁令一出，中興公司立刻陷入困境。

中興事件刺痛了整個中國，全社會意識到中國芯片產業相對全球發達國家的落后差距和代價。“芯片涉及環節多，不同領域差別大，有些領域中國在10年-20年內很難去跟美國競爭。”一家中國知名芯片設計公司技術總監告訴《財經》記者。

芯片產業分成設計、制造、封測三大產業鏈環節。“這三個環節說起來中國都落后，相比之下封測這一塊我們可能落后最少，生產和設計都落后比較多。”該芯片設計公司技術總監指出，而這兩個環節恰恰是芯片技術門檻最高的。

設計環節方面，中國在高端通用芯片存在著重大短板，與發達國家差距巨大。這類芯片主要依賴進口，對外依存度非常高。

全球高端通用芯片市場目前幾乎被國際巨頭所壟斷。CPU芯片上英特爾公司壟斷80%左右的全球市場份額，AMD公司約占20%。英偉達公司壟斷了全球GPU約70%的市場份額，Xilinx和Altera兩大公司則壟斷了FPGA芯片近90%的全球市場份額。

中國的核心芯片自給率極低。光大證券研究所數據顯示，我國計算機系統中的CPU、MPU、通用電子系統中的FPGA/EPLD和DSP、通信裝備中的嵌入式MPU和DSP、存儲設備中的DRAM和NandFlash、顯示及視頻系統中的DisplayDriver，國產芯片占有率都幾乎為零。

芯片制造方面，中國跟全球的差距則更為嚴峻。在芯片設計、制造、封測三大環節中，制造是我國實力最弱的一個環節。《財經》曾報道，英特爾、三星和臺積電均宣布已經實現10nm芯片量產，并準備投資建設7nm和5nm生產線。但中國大陸芯片技術最好的廠商中芯國際，目前仍在攻堅14nm，明年才有可能實現量產。

中國占據了全球半導體銷售額的近三分之一，但產能只占全球約十分之一。據世界半導體貿易統計組織WSTS數據，2016年全球半導體銷售額為3389億美元，中國半導體銷售額1075億美元，占全球市場的31.7%。2016年全球集成電路制造產業規模為1120億美元，中國的市場份額僅為11.6%——這一數據還包含了國外公司在中國的工廠。

芯片設計和制造兩大核心環節的落后，讓中國不得不嚴重依賴芯片進口貿易。中國芯片進口甚至高達石油進口的1.57倍，在工業品進口中遙遙領先。中國海關總署數據顯示，截至2017年10月底，中國集成電路進口金額高達2071.97億美元，同期中國原油進口額為1315.01億美元。

中國政府已經意識到芯片進口依賴的危機，并試圖通過國家力量加速國產芯片的發展。“中國制造2025”中，將中國集成電路自給率的指標定為2020年達到40%，2025年達到70%。

同時成立國家集成電路產業投資基金，2018年一期募集資金1387億元人民幣已經投資完畢，目前正在募集二期基金，總金額高達約1800億元至2000億元人民幣。

但大量資金的注入無法讓中國芯片產業一蹴而就，技術的積累和突破需要更多的時間。全球市場研究機構IC Insights指出，中國芯片領域目前新建晶圓產線中所用的技術工藝，大多都比國外主要競爭對手差兩代以上。

“我們跟國外差距大不僅是因為設計能力差別，也有歷史原因——比如專利積累、軟件生態配套不足。”上述中國知名芯片設計公司技術總監對《財經》記者指出，“反而在沒有太多歷史包袱、有新技術突破的領域，中國相對有機會。”

境外奇襲：被中國壟斷的芯片戰場

很少有人認識到，數字貨幣挖礦這塊價值近200億元的新興市場本質上是一場芯片之戰。

比特幣挖礦存在不過短短五六年時間，這一產業已迅速成長為價值近200億元人民幣的市場，并以每年100%-200%的增長率擴大。但很少有人認識到，這塊新興市場本質上是一場芯片之戰。

張楠賡和吳忌寒，與全球第一批ASIC礦機誕生有著密切聯系。他們憑借ASIC挖礦機改變了全球比特幣挖礦的走向，也改變了自己的命運。

這兩個創始人在進入比特幣世界時不過是剛出茅廬的學生。彼時，嘉楠耘智創始人張楠賡是在北航集成電路專業讀研的學生，比特大陸創始人吳忌寒則剛從北大畢業兩年，擔任投行風險分析師。短短數年間，他們成為了全球區塊鏈礦機世界的霸主，掌握著全世界超過80%算力的礦機。

比特幣挖礦的實質是比拼礦機芯片算力：誰開發的礦機芯片算力更強，則使用單臺礦機將挖到更多的數字貨幣，從而搶占更大的全球市場。

這是目前為止鮮有的被中國公司壟斷的全球芯片市場。

比特大陸和嘉楠耘智，總部分別位于中國北京和杭州。這兩家中國公司牢牢占據了全球礦機近90%的市場份額。有意思的是，中國礦機崛起的導火線卻由大洋彼岸的挑釁引燃。

2012年6月，美國一個比特幣挖礦機研發“蝴蝶實驗室”聲稱，他們準備研發一種功能遠勝過現有水平的ASIC礦機。當時比特幣挖礦普遍使用GPU芯片，而ASIC芯片的算力較傳統挖礦芯片將實現數十倍甚至百倍的提升。

如果“蝴蝶實驗室”研制成功ASIC礦機，將掌握超過全網51%的算力——這意味著其將具備篡改比特幣世界的可能性。

為了對抗可能出現的算力壟斷，昵稱“南瓜張”的張楠賡決定自己研發ASIC礦機，并將其銷往全球各地。2013年1月，美國比特幣核心開發人員Jeff Gazik用網絡直播了一場拆箱過程：他拆開從中國寄來的一個巨大快遞包，全球第一臺ASIC礦機。這臺ASIC礦機由張楠賡研發，他將其命名為“阿瓦隆”，亞瑟王傳說中“天佑之島”的名字。

2012年7月，畢業于中國科技大學昵稱“烤貓”的蔣信予也宣布了制造ASIC礦機的計劃，并在比特幣論壇bitcointalk上發起眾籌，按照0.1比特幣一股的價格發行了16萬股，吳忌寒購買了上萬股股票。2013年，“烤貓”研發的ASIC礦機成功面世，開創比特幣世界第一個由ASIC礦機組成的礦場。

“烤貓”公司2013年6月公布的“財報”顯示，2013年一季度其比特幣挖礦收入就高達57338.24 個BTC。”烤貓”公司的虛擬股票也急速上漲，最高每股的價格從0.1個比特幣上漲到5個比特幣。吳忌寒因為這筆投資獲得了上千萬的回報。

此時的吳忌寒距離開創自己的礦機公司只差一步。精通金融和比特幣的他對芯片技術并不熟悉，需要一位深諳芯片研發技術的合伙人。幸運的是，一次北京街頭的偶遇讓他找到了38歲的芯片專家詹克團。詹克團當時正專注在機頂盒創業上。遇到吳忌寒的第二天，他用幾個小時研究了比特幣和區塊鏈的資料，隨后決定加入。

吳忌寒和詹克團在2013年共同成立了礦機公司“比特大陸”。詹克團用短短半年時間就研發出了使用ASIC芯片的礦機，在2013年11月將這款名為“Antminer S1”的礦機推向市場。

隨著各家公司的ASIC芯片礦機不斷投入市場，比特幣世界迎來了算力瘋狂攀升的“軍備競賽”。

從2013年利用ASIC芯片進行算力輸出以來，比特幣全網平均算力保持高速上升的趨勢。據全球咨詢公司Frost & Sullivan數據顯示，全球比特幣算力從2012年1月的10.8Thash增長至2017年底的1500萬Thash。不到六年時間全網算力整整翻了138萬倍，年復合增長率高達1335.7%。

激烈的算力競爭中，時間就是生命。很多礦機生產商正在研發的礦機甚至還未出廠，就面臨著被市場淘汰的風險。比特大陸第一代礦機“Antminer S1”極短的研發時間正是其崛起的關鍵。

S1礦機在2013年11月推出市場，正好趕上比特幣價格的高點。

如果稍晚一兩個月，比特大陸則可能錯過幣價攀升的機會，直接跌入谷底。CoinMarketCap數據顯示，比特幣價格在2013年11月底上漲達到頂峰，高達1150美元左右。隨后在一個月的時間內急速下跌，12月最低點跌至560美元，幾近腰斬。2014年到2015年比特幣進入震蕩下行的通道，價格經常在200美元-300美元低位徘徊。

比特大陸在2014年相繼推出了螞蟻S3和S4等型號的礦機。S3礦機銷量不錯，但受到市場低迷影響，S4礦機的銷售情況慘淡，公司損失不小。所幸由于成本控制較好，比特大陸在低谷期仍然能支持新一代礦機研發。

而開ASIC礦機量產先河的“烤貓”公司，在這一輪比特幣價格激烈變動、全網算力高速膨脹的關鍵階段掉隊。

2013年10月，“烤貓”研發第二代芯片遭遇難題，未能及時成功研發。

在大量競爭對手的沖擊下，“烤貓”礦機占據的算力從頂峰時期超過20%跌落至僅為4%，其虛擬股票也隨之跌破發行價。一年多之后，“烤貓”在考察礦廠途中神秘消失，從此再沒有人知道他的去向。

“熊市是幫比特大陸跑到第一的機會。”一名接近比特大陸的人士告訴《財經》記者。2015年1月，比特大陸推出新一代螞蟻礦機S5。在對手們大多因熊市縮減研發的情況下，螞蟻礦機S5在市場上成功。這一年，比特大陸從一個三居室的民房搬到新的辦公室中，員工人數達到了50多人，在北京和深圳均設立了辦公地點。

只有撐過比特幣冬天的公司，才有在下一個春天快速生長的可能。比特大陸和嘉楠耘智都先后看到了從礦機芯片向AI芯片拓展的機會，分別從2015年和2016年進入AI芯片的研發領域。

“礦機業務是公司的一條支柱，但是收入隨著幣價上漲下跌有波動，因此需要新業務支撐。我們看到了AI的浪潮，也有高性能計算芯片的基礎。”比特大陸產品戰略總監湯煒偉告訴《財經》記者。

彎道超車：人工智能的新機會

AI芯片從CPU/GPU向ASIC專用芯片的變革，給中國數字貨幣礦機公司創造了后來居上的機會。

詹克團將比特大陸第一代研發的AI芯片命名為“智子”(Sophon)。這一靈感來自于風靡全球的科幻小說《三體》，“智子”是地球人無法突破的“強人工智能體”。

比特大陸的AI芯片研發路徑與“智子”有著隱秘的相似之處。比特大陸將比特幣礦機使用的ASIC芯片技術，跨界應用于人工智能領域，開發基于ASIC技術的AI深度學習芯片——就像三體人將質子在低維展開，然后在高維折疊。

人工智能目前已進入AI賦能行業的階段，需求呈現爆發式增長。AI芯片正處在從CPU/GPU/FPGA向ASIC專用芯片轉化的階段。相比于前三者，ASIC專用芯片的計算能力更強，能耗更低。

全球咨詢公司Frost & Sullivan指出，預計CPU將逐漸失去在人工智能培訓和推理應用的市場份額，而ASIC芯片則將贏得這兩個市場的份額。

ASIC芯片2017年至2020 年的復合年增長率為66%，市場總額將從10億美元增長至46億美元，高居各類人工智能芯片的首位。

不同于已經高度壟斷的傳統芯片市場，在ASIC芯片這塊新興市場上，尚未出現無法挑戰的巨頭公司。目前只有谷歌在ASIC芯片技術上有著領先優勢。TPU是谷歌專門為機器學習設計的專用集成電路，屬于ASIC芯片的一類。

谷歌在官方博客中指出TPU芯片的速度和能耗均明顯優于傳統GPU和CPU芯片：“TPU處理速度比當前GPU 和CPU要快15倍到30倍;較之傳統芯片TPU也更加節能，功耗效率(TOPS/Watt)上提升了30倍到80倍。”

中國數字貨幣礦機公司在ASIC芯片的多年積累，讓它們在AI芯片的這場技術變革中擁有先發優勢。區塊鏈計算和人工智能深度學習有類似之處，都是依賴于底層的芯片進行大規模的重復、并行計算。此前數字貨幣礦業公司在區塊鏈ASIC芯片設計中積累的設計經驗，與神經網絡芯片設計所需的技術有部分高度契合。

“ASIC芯片的一部分經驗是可以復用的。但是挖礦算法復雜度不高，主要是算力強。AI算法更需要普適性，是一個巧力。”人工智能公司Rokid北京實驗室Alab負責人高鵬博士(600804)告訴《財經》記者。

比特大陸認為，自己數字貨幣芯片領域積累的研發能力和經驗能復制到AI芯片領域。它從2013年到2018年實現了近10款芯片產品的量產，量產數達十億顆，技術迭代從28nm到16nm，有著最新7nm設計經驗。同時在全球建立了百億次計算、10億級千瓦的數據中心。目前分布在中國、臺灣地區、新加坡、歐洲、北美等多個地區2000多名全球員工中，60%都是研發人員。

比特大陸在2016年開始立項研發第一代AI芯片Sophon BM1680。湯煒偉對《財經》記者表示，比特大陸AI團隊規模數百人，覆蓋從芯片到算法，再到中間做軟件驅動、固件以及各種深度學習的工具研發。

AI芯片和礦機芯片在不少設計工藝、團隊能力上可以共用，例如高性能低功耗的技術，電源管理技術。但AI的算法更多樣化，算法、軟件、工具鏈都需要重新打造。

Sophon BM1680在2017年4月成功流片，二季度拿到樣品，耗時近一年半。“第一代芯片設計一定程度的冗余，芯片性能導致物理設計比較復雜。于是快速去更正，現在有能力快速定位，更新優化設計。”湯煒偉說。

2017年11月，比特大陸正式對外發售第一代AI芯片Sophon BM1680。嘉楠耘智的第一代AI芯片也正在研發過程中。嘉楠耘智招股書中顯示，嘉楠耘智從2016年開始開發人工智能應用的 ASIC 芯片KPU，計劃于2018 年四季度量產。

對于這些數字貨幣礦業公司，AI芯片領域的挑戰才剛剛開始。身為新興入局者，它們一進入戰場，就必須直面芯片領域的幾大難題痼疾。

逆襲難題：金錢、速度與技術

這些公司具備了快速迭代的實力和充裕的現金流，但其能否復制到AI芯片領域成為核心競爭力尚待證明。

研發周期長、投入資金過大，是長期困擾芯片公司的兩個核心難題。數字貨幣礦業與芯片行業的市場競爭邏輯并不相同，這讓數字貨幣礦業公司在資金、速度上演化出與芯片行業傳統不同的解決方法。

“如果企業芯片研發方向有錯誤，大筆的錢就沒了。”人工智能公司Rokid北京Alab實驗室負責人高鵬博士告訴《財經》記者。

芯片研發費用占比最大之一為流片費用。嘉楠耘智數據顯示，以MASK流片為例，55nm的約為400萬元人民幣，40nm的約為700萬元人民幣，28nm的約為1500萬元人民幣左右，16nm的MASK更高達4000萬元人民幣左右。

不同的芯片需要不同的MASK，并且在研發階段的芯片還無法確保一次流片成功。一套 MASK存在需要反復修改、反復投入的可能性，研發費用也成倍上漲。

而數字貨幣礦業公司的一大優勢在于礦機業務帶來充足的現金流，可以讓它們在芯片研發投入上更為游刃有余。比特大陸聯合創始人詹克團對媒體透露，比特大陸年營收高達25億美元(約合160億元人民幣)以上。嘉楠耘智招股書顯示，2017年公司營收為13.08億元人民幣。

“我們的資金儲備，可以在芯片上高投入和長期投入。AI是改變人類生產力的技術工具，一定不是發展3年-5年就停止的過程。”湯煒偉表示。

礦機芯片一般9個-10個月就經歷一次技術迭代，這比傳統芯片快得多。芯片行業存在“摩爾定律”，指18個到24個月為一個周期，每一周期實現計算能力翻一番，或者在單位芯片面積里晶體管數量翻一倍。芯片公司的研發迭代速度大多遵循這一定律。

比特大陸AI芯片研發只有傳統芯片的一半，代與代的間隔只有短短9個月。這種快速迭代能力，得益于過去礦機市場的激烈競爭。比特幣全網算力在過去六年里年復合增長率高達1335.7%。相當于單臺算力恒定的礦機在一年過后，只能挖到相當于最初7.5%左右的數字貨幣產量。這也讓礦機行業形成9個-10個月更新換代一次的高速迭代效率。

以嘉楠耘智ASIC 芯片礦機迭代過程為例，迭代周期均控制在半年到一年的時間。其28nmASIC 芯片礦機迭代在2015年-2016年銷售后即面臨淘汰，生產周期結束。

其后續產品中16nm第一代在2016年四季度量產，16nm第二代在2017年四季度量產，16nm第三代預計在2018年二季度量產。基于7nm的最新技術ASIC芯片礦機預計在2018年4月流片，三季度實現量產。

盡管這兩家數字貨幣礦業公司擁有礦機市場的快速迭代經驗，但其能否完全復制到AI芯片領域，成為核心競爭力尚待證明。

“挖礦芯片迭代速度比較快，但是不同芯片領域不一樣。每個細分領域都有自己細分的規律。”國內一家知名芯片設計公司技術總監向《財經》記者指出，“從技術角度看挖礦芯片功能單一，所以才能做到快速迭代。”

嘉楠耘智的AI芯片KPU，目標應用在智能家居、智能城市、智能監測及智能玩具中的語音及圖像識別功能及多種物聯網應用。據嘉楠耘智招股書顯示，目前AI芯片接獲各類客戶的預售訂單的金額合共約為3820萬元人民幣。

比特大陸選擇切入點為人工智能ASIC芯片提供從底層芯片到上層技術、算法和云端運算的一體化方案。首選的切入行業為安防，已經與國內多個省市區的公安系統和集成商達成合作。互聯網+AI和城市大數據是其下階段的開拓重點，將大量民生社會數據數字化，通過AI挖掘最終將民生信息用于城市決策。

“目前評論研發能力為時過早。人工智能產業鏈分為三塊——算力、算法、數據。算力以前被國外巨頭所壟斷，現階段AI正是我們彎道超車的機會。”比特大陸產品戰略總監湯煒偉告訴《財經》記者。

技術革新將開啟新的賽道，為后來者創造超越前人的機會。