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一家初创芯片公司,为什么能让车企集体下注?
作者I王彬
封面IXHEART
大模型时代,我们到底需要什么样的芯片?
在 XHEART 新芯航途 CEO 李宗霖看来,大模型不仅会改变智能驾驶,也会改变芯片的设计方式。他认为,芯片设计需要从真实的模型需求出发,重新考虑计算、存储和数据流动的组织方式。
这条技术路线被 XHEART 称之为——大模型定义芯片。
在竞争激烈的芯片行业,XHEART算是一个异类。这家 2023 年才正式成立的公司,两年就跑通了从芯片设计、流片到量产的全流程。首颗 X7 芯片回片后,更是不到 24 小时便成功点亮,17 天就实现了整车闭环。
这也让它更早地获得了主流车企的认可,包括上汽大众 ID.ERA 9X、荣威家越 07 等搭载 X7 芯片的车型已陆续量产上市,雷诺、奇瑞等车企也先后参与投资。不久前,XHEART 完成新一轮战略融资,累计融资已近 50 亿元人民币。
10 月 29 日,XHEART 在苏州发布新一代大模型芯片 X7 Ultra,大模型算力高达 700 TOPS。李宗霖同时透露,X7 系列量产八个月以来,累计出货超 20 万颗,已搭载 10 款量产车型,获得超过 40 款车型订单。
XHEART 的战略合作伙伴 Momenta 也带来了 R7 Ultra 世界模型的最新进展。Momenta CEO 曹旭东介绍,依托 X7 Ultra,R7 Ultra 的模型参数规模扩大 5-10 倍,安全性能提升 5-10 倍以上,已涌现出“推演万物”的能力。
曹旭东认为,大模型芯片正在加速智驾摩尔定律,L4 规模化落地已不再遥远。
通用芯片的“不可能三角”
2023 年,李宗霖和几位同事决定重新创业。他们大多在芯片行业打拼多年,也设计过复杂的产品。但在重新出发时,他们反而越发谨慎。
“这一次到底要做什么?能解决客户什么问题?几年后芯片做出来是不是市场需要的?”李宗霖在发布会上回忆。
那段时间,李宗霖认识了曹旭东。他们聊技术和市场,也讨论未来几年智能驾驶会发生什么变化。双方在交流中逐渐形成共识——大模型定义芯片。
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按照曹旭东的判断,实现规模化 L4 至少需要百亿乃至千亿参数规模的模型。但这么大的模型,很难在当前通用的车端芯片上落地。
“通用芯片没办法同时满足功耗、车规的可靠性,还有成本的三重约束。”曹旭东说,这是通用芯片的“不可能三角”。
如果不断增加通用计算资源,就像往车里放进一台庞大的 GPU 服务器,车辆难以承受相应的功耗,成本和可靠性也面临挑战。但若芯片先满足这些车端要求,则又可能限制模型规模。
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曹旭东判断,大模型定义的芯片相比通用芯片,性能能够提升 10 倍,有机会在满足车端要求的同时,支持更大的模型运行。
量产车对成本尤其敏感。高阶智驾想要真正普及,就必须要求芯片同时兼顾性能、能效及成本。只有提高计算效率,才能让更强的模型进入更多价位的车型,让用户用得上、用得起更好的智能驾驶。
而随着大模型在车端的应用不断深入,芯片设计同样面临着新的挑战,过去芯片的设计思路越来越难以满足需求。
比如,芯片的纸面算力能否在真实系统中发挥出来?不少芯片虽然标称算力颇高,但很难真正在量产大模型部署环境下充分利用。
今天设计的芯片,能否跟得上未来模型的迭代要求?一辆车要使用五到十年,车企希望通过 OTA 不断改善体验,已经装车的芯片却无法跟着每次更新一起更换,必须提前为后续模型升级留出空间。
更不用说车端算力还需要综合考虑能耗、安全等多方面要求,如果提高算力的同时,能耗也大幅增加,方案仍然很难走向规模应用。
这些问题都必须在芯片设计之初就思考清楚。芯片行业不同于其他行业,做出来后很难再像软件一样随时修改,今天的判断将直接决定未来的成败。
曹旭东此前接受 36 氪采访时就提到,做芯片快则两三年,慢则三四年。如果对未来市场判断失误,哪怕芯片没有技术问题,也可能卖不出去。
“大模型迭代的速度比芯片更快。”上汽集团副总裁、总工程师祖似杰说,新的范式决定了模型必须跟芯片协同设计,芯片研发需要提前看清模型的演进方向,“否则芯片出来就落后了。”
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种种考量之下,XHEART 在创立之初就坚定了“大模型定义芯片”的技术路线。“当时常见的路径是先做芯片,再让模型去适配。”李宗霖说,“我们决定从真实应用中的模型需求出发,倒推芯片的架构。”
这并不容易。彼时 ChatGPT 才问世不久,行业又正处资本寒冬,而芯片研发又需要长期投入。对于刚刚成立的新芯航途来说,这是一次关乎生死的取舍。“它有风险,有不确定性,但这是一个对的方向,能带来真正的价值。”
大模型如何定义芯片?
事实证明,XHEART 几年前的选择,正在成为当下芯片行业的潮流。越来越多模型公司开始参与芯片研发,希望把对模型的理解直接做进硬件。
去年 10 月,OpenAI 宣布与博通合作开发定制 AI 加速器,就由 OpenAI 负责系统架构设计。Anthropic 则与亚马逊的芯片团队 Annapurna Labs 合作,参与后续几代 Trainium 加速器的开发和优化。
对于 XHEART 和 Momenta 而言,这样的合作从 2023 年就开始了。
“2023 年的时候,我们就和算法团队一起,围绕持续演进的主线模型,深入讨论模型架构和算子需求。”李宗霖说,他们既要分析当时的模型如何运行,也要结合算法团队的研发方向,判断未来几年哪些计算会越来越重要,哪些环节值得深度优化等。
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这次发布会中正式亮相的 X7 Ultra,就是大模型定义芯片的最佳例证。这颗大模型算力达到 700 TOPS 的芯片,无论从架构设计还是配套工具链,都经过了双方围绕模型需求的反复讨论和优化。
双方对模型的研究,直接影响了 X7 Ultra 的架构设计。随着智驾模型从多个小模型走向端到端大模型,计算越来越集中,数据在多个小核之间频繁传递,原有架构的效率问题越发显现出来。
X7 Ultra 采用超大核 NPU,将原本发生在多个小核之间的数据交互集中到大核内部,互联带宽从百 GB/s 级提高到 TB/s 级,并为关键算子配置高精度专用加速引擎。
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图灵奖得主 Jack Dongarra 在发布会的圆桌环节也指出,如今计算资源已经十分充裕,数据搬运反而成为影响性能的关键。他认为,让算法、软件与芯片团队在设计定型前紧密协作,是面向大模型时代,更加行之有效的研发方式。
但仅仅改变架构还不够,大模型下的计算利用率同样是个难题。XHEART 的软件团队与算法模型团队一起深入底层,重构 AI 工具链,通过整网级融合减少中间结果反复读写外部内存。同时,提高硬件并行度,让计算与模型权重加载同步进行,避免计算单元空等数据。
根据 XHEART 基于量产智驾大模型的真实测试,X7 Ultra 的 NPU 计算利用率达到 98.7%。相比行业旗舰产品,X7 Ultra 内存带宽消耗下降 80%,能效提升 100%。
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不过,汽车上的计算任务并不都适合交给 NPU。模型运行的同时,系统还要处理传感器输入,完成控制与调度。X7 Ultra 搭载中国首发量产的 Armv9 车规级 CPU,负责复杂控制与系统调度,让不同计算单元能够更好地配合。
对于激光雷达等传感器的预处理,则通过深度异构计算交给专用单元完成,减少对通用计算资源的占用。X7 Ultra 激光雷达处理带宽最高达到每秒 2000 万点,传感器预处理稳定性提升 100%。
安全能力也因此需要从芯片设计时就提前考虑。X7 Ultra 满足 ISO 26262 ASIL-B 功能安全要求,内置 MCU 通过 ASIL-D 认证,为车端系统提供相应的安全保障。
“这六项能力都来自同一个起点,那就是先理解大模型,再设计芯片。”李宗霖说。他介绍,通过架构与工具链协同创新,X7 Ultra 支持的可部署模型参数量实现了 10 倍提升。
大模型芯片的量产提速
对于一家芯片初创公司而言,芯片的设计工作只是整个流程中最前期的环节。回片后能否成功点亮、能不能跑通整车测试,乃至如何获得车企认可、真正实现量产交付,每个环节都不容易,任何一步受阻,都可能让前期投入付诸东流。
曹旭东就在发布会的圆桌环节中提到,汽车行业中大家选择芯片平台时,往往不愿意第一个吃螃蟹。因为通用芯片面向各种应用,设计时很难充分了解具体算法的要求,模型拿到芯片上运行,还需要解决大量适配问题。哪怕能力强且运气好的团队,也可能需要三到六个月才能跑通,部分甚至长达一年乃至更久。
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而 Momenta 在 X7 上跑通整个流程,只用了 21 天。“从跑通到跑稳,再到跑对和完全跑好,只用了 21 天,真的是创造了一个奇迹。”曹旭东说。
这就是大模型定义芯片的价值。曹旭东解释,因为从模型设计到芯片设计,从功能设计再到功能验证,在流片之前都已经做完了,“这才使我们能在 21 天内做到‘通稳对好’。”
事实上,提前协同的效果,在首颗 X7 回片后就表现了出来。李宗霖在发布会上介绍,X7 芯片回片后,不到 24 小时就成功点亮,第 17 天就实现整车闭环,第 21 天就开始在真实车流中验证,并且向客户开放体验。
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为了进一步协助车企降低开发难度,XHEART 围绕 X7 系列芯片提供了丰富的解决方案及参考设计。他们不做直接向车企供应硬件的 Tier 1,但对于参考设计则尽可能按照主机厂量产标准验证,进行大量域控级 PreDV 测试,帮助客户降低开发难度、提升项目推进效率。
李宗霖在发布会中透露,X7 系列芯片量产八个月以来,累计出货超过 20 万颗,已搭载 10 款量产车型,获得超过 40 款车型订单。对一家年轻的芯片公司来说,这意味着 XHEART 已经成功打入主流车企供应链,走向规模化量产阶段,而它成立至今不过三年时间。
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目前,搭载 X7 芯片的上汽大众 ID.ERA 9X、荣威家越 07 以及 MG 07、凯迪拉克 XT5 PHEV 等车型都已陆续上市。神龙科技也已选择采用 XHEART 芯片,双方将面向标致与 Jeep 等品牌的智能化车型开展合作,覆盖中国和欧洲及全球其他地区。
除了目前已经落地的量产车型外,X7 还成功导入多个 L3 及 L4 的自动驾驶项目。李宗霖透露,基于双 X7 的 L3/L4 计算平台,已获得多个车型项目定点。
曹旭东认为,大模型芯片将会加速智驾摩尔定律,将智驾能力从两年 10 倍提升至每年 10 倍。他判断,2028 年有望成为 L3/L4 的引爆点,2030 年将迎来 L4 的规模化落地。
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面向即将到来的物理 AI 未来,Momenta 和 XHEART 已经做好了准备。XHEART 在发布会中透露,下一代 X9 芯片计划于 2027 年推出,将具备 3000 TOPS 大模型算力以及 700 GB/s 单芯片内存带宽。
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