AI芯片的基础_npu指令集

前置基础

AI芯片其实就是AI算法的专用处理器，像CPU的话是一个通用处理器，CPU按照逻辑可以分为三个模块：控制模块，运算模块，存储模块；其中控制单元有指令寄存器和指令译码器，根据用户预先编译好的程序，把指令集存储起来，再从指令寄存器取出来，用译码器解码后，按照确定的时序，向对应的不见发出控制信号；

什么是AI芯片

简言之，就是为了AI算法的运行而专门设计的芯片；

CPU&GPU&NPU&TPU之间的区别

从下图可以看出CPU有很多控制单元，但是计算单元的个数却比较少，CPU的核数指的就是计算单元的个数。每个CPU核心都是独立的处理单元，可以执行指令集的一部分并进行计算操作。每个核心通常包含一组算术逻辑单元（ALU）、浮点单元（FPU）和寄存器等。

GPU的话计算单元个数非常多，却没有什么控制单元；

NPU的话，是专门为了神经网络而设计的，在矩阵乘法、激活函数、向量运算上做了优化；
传统的中央处理器（CPU）和图形处理器（GPU）在执行神经网络计算时可能会遇到瓶颈，因为神经网络的计算需求非常高。NPU通过专门的硬件架构和指令集，能够高效地执行神经网络的计算操作，包括矩阵乘法、向量运算和激活函数等。

以下是GPU和NPU之间的区别：
NPU（神经处理单元）和GPU（图形处理单元）都是用于加速计算的硬件加速器，但它们在设计和应用方面存在一些区别：

设计目标：NPU的设计目标是专门用于加速神经网络计算，而GPU则主要用于图形渲染和通用计算。NPU在硬件架构和指令集上进行了优化，以高效执行神经网络的计算操作，如矩阵乘法和激活函数。GPU则更加通用，适用于各种计算任务。

并行性：GPU在设计上注重大规模并行计算，拥有大量的计算核心（CUDA核心）和高带宽的内存，适用于大规模数据并行计算，包括图形处理和通用计算。NPU也具有高度的并行性，但其设计更专注于神经网络的特定操作和数据流。

功耗效率：NPU通常在功耗效率方面进行了优化，以在提供高性能的同时保持较低的功耗水平。它们在设计上注重能源效率，适用于移动设备和边缘计算等功耗敏感的场景。相比之下，GPU在功耗方面通常较高，更适合在电源供应充足的设备中使用。

程序开发：GPU通常使用通用的编程模型和API（如CUDA、OpenCL），可以进行通用计算任务的编程。而NPU通常使用特定的软件框架和库，如TensorFlow Lite、PyTorch等，以便利用其特定的神经网络加速能力。

总的来说，NPU更专注于加速神经网络计算，具有高性能和低功耗的特点，适用于移动设备和边缘计算等场景。而GPU更通用，适用于广泛的并行计算任务，包括图形渲染和通用计算。根据具体的应用需求，选择适合的硬件加速器可以提供最佳的性能和功耗平衡。

AI芯片的部署方式

从下图可以看出，根据应用需求会有不同的部署方式，其中也包括了云、边、端的协同部署，云端负责在线训练，端侧负责推理，边端负责执行；

AI芯片的技术路线

包括了GPU，FPGA,ASIC

目前做AI芯片的品牌和厂商

AI芯片的落地场景