芯片在很大程度上左右著安防系統(tǒng)的整體功能、技術(shù)指標(biāo)、穩(wěn)定性、能耗、成本等，并在安防行業(yè)未來發(fā)展脈絡(luò)及方向上起到關(guān)鍵作用。安防產(chǎn)業(yè)從模擬化到數(shù)字再到網(wǎng)絡(luò)高清，以及當(dāng)前正火的智能化，無一例外得益于芯片技術(shù)的進步。圖像信息處理、視頻編解碼、以及AI智能分析等專業(yè)技術(shù)與適配的芯片硬件緊密結(jié)合，才能充分發(fā)揮安防系統(tǒng)的功效。

當(dāng)前，我國安防企業(yè)的芯片采購來源主要分為幾個層面：高端CPU、GPU 等通用器件主要來源于安霸、英偉達、英特爾等美國企業(yè)；中端和低端元件來自于海思等國內(nèi)企業(yè)，其中SoC 芯片等元件已實現(xiàn)非美國供應(yīng)。國內(nèi)安防產(chǎn)業(yè)體量巨大，但與此同時，高端芯片過度依賴進口的現(xiàn)狀卻反映出國內(nèi)安防芯片領(lǐng)域發(fā)展的不良于行。

一、安防行業(yè)對芯片的主要需求

在安防產(chǎn)品中，攝像頭、交換機、IPC（網(wǎng)絡(luò)攝像機）、硬盤刻錄機、各類服務(wù)器等設(shè)備都需要芯片，在安防智能化進程中，產(chǎn)品升級將帶來存量和增量市場的共同增長。其中，ISP、DVR SoC、IPC SoC和NVRSoC這四類芯片是目前安防行業(yè)最為關(guān)注的方向，其與視頻監(jiān)控也密切相關(guān)。安防監(jiān)控四類主要芯片：

二、安防芯片的主要功能和作用

各類芯片廣泛分布于整個安防監(jiān)控系統(tǒng)中，扮演著核心角色，在很大程度上左右著安防系統(tǒng)的整體功能、技術(shù)指標(biāo)、穩(wěn)定性、能耗、成本等，并在安防行業(yè)未來發(fā)展脈絡(luò)及方向上起到關(guān)鍵作用。

在安防系統(tǒng)中，芯片無處不在，并起著核心關(guān)鍵的作用。以視頻監(jiān)控系統(tǒng)來說，前端采集攝像機系統(tǒng)的技術(shù)關(guān)鍵就是在于核心芯片組的性能，包括：清晰度、靈敏度、色彩、動態(tài)范圍等在內(nèi)的各項指標(biāo)，都將由芯片質(zhì)量來決定。近年來，安防行業(yè)人工智能、無人機、智能家居的快速發(fā)展，很大程度上也是獲益于芯片技術(shù)的進步。

三、安防芯片的主要分類

CMOS圖像傳感器：眾所周知索尼最強，但是全球三強之一的豪威科技目前也是中國公司，另外國產(chǎn)還有比亞迪，格科微等等。

IP攝像頭的SoC芯片：華為海思是市場的霸主，中國60%以上的IP攝像頭芯片都來自海思，國外有美國的德州儀器，安霸等等，另外海康擁有大量股份的富瀚微也是?？礗P攝像頭的SoC芯片供應(yīng)商。

和IP攝像頭配合的后段NVR設(shè)備的芯片：主要是海思，德州儀器，Marvell三家，其中海思也占據(jù)了大部分份額。

模擬攝像機的ISP圖像處理芯片，主要是處理CMOS傳感器過來的原始圖像信號，這方面富瀚微的芯片已經(jīng)是中國市場第一梯隊企業(yè)，其國內(nèi)市場份額在20%以上。

和模擬攝像頭配合的后段DVR芯片，華為海思同樣是中國市場霸主，IHS的數(shù)據(jù)，早在2014年海思就占到了中國市場79%的份額

通常情況下，安防視頻監(jiān)控模擬攝像機的核心部件包括一顆圖像傳感器和一顆ISP芯片，安防視頻監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)攝像機的核心部件包括一顆圖像傳感器和一顆IPC SoC芯片。

隨著5G和物聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，對于安防行業(yè)而言，未來“云邊結(jié)合”也將是最主要的趨勢。在云端芯片方面，目前主要還是英特爾、英偉達、谷歌等國外企業(yè)的天下，國內(nèi)企業(yè)短期內(nèi)還難于取得突破。相反，在邊緣側(cè)尤其是視頻處理方面，對國內(nèi)企業(yè)而言是難得的機遇，國產(chǎn)替代正在不斷深入。

四、AI 芯片的基本定義

《人工智能芯片技術(shù)白皮書（2018）》第一、二、三章開宗明義，綜述了AI芯片的技術(shù)背景，從多個維度提出了滿足不同場景條件下理想的AI芯片和硬件平臺的關(guān)鍵特征，提出AI芯片技術(shù)的重要地位以及對于我國未來芯片及人工智能領(lǐng)域發(fā)展的意義。

關(guān)于AI芯片的定義仍然缺乏一套嚴(yán)格和公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)。比較寬泛的看法是，面向人工智能應(yīng)用的芯片都可以稱為AI芯片。由于需求的多樣性，很難有任何單一的設(shè)計和方法能夠很好地適用于各類情況。因此，學(xué)界和業(yè)界涌現(xiàn)出多種專門針對人工智能應(yīng)用的新穎設(shè)計和方法，覆蓋了從半導(dǎo)體材料、器件、電路到體系結(jié)構(gòu)的各個層次。

該《白皮書》探討的AI芯片主要包括三類：

1.經(jīng)過軟硬件優(yōu)化可以高效支持AI應(yīng)用的通用芯片，例如GPU；

2.側(cè)重加速機器學(xué)習(xí)（尤其是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、深度學(xué)習(xí)）算法的芯片，這也是目前AI芯片中最多的形式；

3.受生物腦啟發(fā)設(shè)計的神經(jīng)形態(tài)計算芯片。

AI技術(shù)的落地需要來自多個層面的支持，貫穿了應(yīng)用、算法機理、芯片、工具鏈、器件、工藝和材料等技術(shù)層級。各個層級環(huán)環(huán)緊扣形成AI的技術(shù)鏈，而AI芯片本身處于整個鏈條的中部，向上為應(yīng)用和算法提供高效支持，向下對器件和電路、工藝和材料提出需求。

針對應(yīng)用目標(biāo)是“訓(xùn)練”還是“推斷”，把AI芯片的目標(biāo)領(lǐng)域分成4個象限。

1.云端AI計算

面向云端AI應(yīng)用，很多公司開始嘗試設(shè)計專用芯片以達到更高的效率，其中最著名的例子是GoogleTPU，可以支持搜索查詢、翻譯等應(yīng)用，也是AlphaGo的幕后英雄。

由于使用了專用架構(gòu)，TPU實現(xiàn)了比同時期CPU和GPU更高的效率。

針對云端的訓(xùn)練和推斷市場，從芯片巨頭到初創(chuàng)公司都高度重視。英特爾宣布推出Nervana神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理器（NNP），可以優(yōu)化32GBHBM2、1TB/s帶寬和8Tb/s訪問速度的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計算。初創(chuàng)公司，如Graphcore、Cerebras、WaveComputing、寒武紀(jì)及比特大陸等也加入了競爭的行列。

此外，FPGA在云端的推斷也逐漸在應(yīng)用中占有一席之地。

微軟的Brainwave項目和百度XPU都顯示，在處理小批量情況下，F(xiàn)PGA具有出色的推斷性能。目前，F(xiàn)PGA的主要廠商如Xilinx、Intel都推出了專門針對AI應(yīng)用的FPGA硬件（支持更高的存儲帶寬）和軟件工具；主要的云服務(wù)廠商，比如亞馬遜、微軟及阿里云等推出了專門的云端FPGA實例來支持AI應(yīng)用。

2.邊緣AI計算

邊緣設(shè)備的覆蓋范圍其應(yīng)用場景也五花八門。比如自動駕駛汽車可能就需要一個很強的計算設(shè)備，而在可穿戴領(lǐng)域，則要在嚴(yán)格的功耗和成本約束下實現(xiàn)一定的智能。

目前應(yīng)用最為廣泛的邊緣計算設(shè)備來自于智能手機，蘋果、華為、高通、聯(lián)發(fā)科和三星等手機芯片廠商紛紛推出或者正在研發(fā)專門適應(yīng)AI應(yīng)用的芯片產(chǎn)品。創(chuàng)業(yè)公司層面，主要為邊緣計算設(shè)備提供芯片和系統(tǒng)方案，比如地平線機器人、寒武紀(jì)、深鑒科技、元鼎音訊等。

傳統(tǒng)的IP廠商，包括ARM、Synopsys等公司也都為手機、智能攝像頭、無人機、工業(yè)和服務(wù)機器人、智能音箱以及各種物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備等邊緣計算設(shè)備開發(fā)專用IP產(chǎn)品。

自動駕駛是未來邊緣AI計算的最重要應(yīng)用之一，MobileEyeSOC和NVIDADrivePX系列提供神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的處理能力可以支持半自動駕駛和完全自動駕駛。

3.云和端的融合

總的來說，云和端各有其優(yōu)勢和明顯短板。云側(cè)AI處理主要強調(diào)精度、處理能力、內(nèi)存容量和帶寬，同時追求低延時和低功耗；邊緣設(shè)備中的AI處理則主要關(guān)注功耗、響應(yīng)時間、體積、成本和隱私安全等問題。

在實際應(yīng)用中，云和邊緣設(shè)備在各種AI應(yīng)用中往往是配合工作。最普遍的方式是在云端訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，然后在云端（由邊緣設(shè)備采集數(shù)據(jù)）或者邊緣設(shè)備進行推斷。隨著邊緣設(shè)備能力不斷增強，云的邊界逐漸向數(shù)據(jù)的源頭，AI處理將分布在各類網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中，未來云和邊緣設(shè)備以及連接他們的網(wǎng)絡(luò)可能會構(gòu)成一個巨大的AI處理網(wǎng)絡(luò)，它們之間的協(xié)作訓(xùn)練和推斷也是一個有待探索的方向。

五、安防芯片領(lǐng)域的企業(yè)競爭現(xiàn)狀

在今年國內(nèi)多家安防企業(yè)被卷入貿(mào)易風(fēng)波后，芯片成了中國安防企業(yè)共同面對的一個發(fā)展關(guān)鍵，國內(nèi)安防產(chǎn)業(yè)體量巨大，芯片國產(chǎn)化自衛(wèi)戰(zhàn)在安防行業(yè)打響。

縱觀芯片領(lǐng)域，英偉達、英特爾、安森美、德州儀器、安霸、恩智浦、索尼、特威、三星等海外豪強林立，并長期占據(jù)市場主導(dǎo)地位。我國芯片產(chǎn)業(yè)總體落后于發(fā)達國家，高端芯片嚴(yán)重依賴進口，但在局部領(lǐng)域已有企業(yè)實現(xiàn)趕超。

大華股份自主研發(fā)了包括HDCVI芯片、AI芯片等多款芯片產(chǎn)品，已實現(xiàn)量產(chǎn)并商用，其AI SoC芯片已成功用于睿智系列經(jīng)濟型人臉攝像機，與零跑汽車共同研發(fā)的芯片“凌芯01”于2019年內(nèi)進行實車測試。近期， 在2019年深圳安博會上，大華股份帶來的自主HDCVI 6.0 4K實時AD芯片，可實現(xiàn)4K@30fps實時預(yù)覽，讓用戶看清更多細節(jié)，尤其是在拍攝高速運動場景時有效減少拖影，增強畫面流暢度。

在種類眾多的芯片當(dāng)中，安防編解碼芯片的發(fā)展與國際水平同步的，而在視頻編解碼芯片領(lǐng)域，華為海思是絕對的霸主。此外，在網(wǎng)絡(luò)攝像機（IPC）SoC芯片市場中，海思半導(dǎo)體的實力也是不可小覷。

提出“算法即芯片”理念的依圖科技，自研AI芯片“求索”最高能提供每秒15 TOPS的視覺推理性能，適用于人臉識別、視頻結(jié)構(gòu)化分析、行人再識別等多種圖像和視頻實時智能分析任務(wù)。

云天勵飛擁有“算法+芯片+數(shù)據(jù)分析”完整人工智能研發(fā)鏈條的“全棧式”創(chuàng)始人團隊，芯片是其打開人工智能服務(wù)和人工智能產(chǎn)業(yè)化的一把鑰匙。在2019年深圳安博會上，云天勵飛第二代自主知識產(chǎn)權(quán)的人工智能芯片-DeepEye1000大放異彩。

富瀚微從ISP出發(fā)，集成編解碼和CPU等，做成SoC，并已經(jīng)成為了?？礗P攝像頭的芯片供應(yīng)商。富瀚微以AI SoC、智慧安防、專業(yè)安防、智慧家庭、車載ISP五大主題亮相深圳安博會，并展示了全新AI SoC芯片在人臉和人形檢測的演示。

地平線一開始便明確要做“嵌入式人工智能，軟硬一體，面向終端”。2019年深圳安博會期間，地平線宣布推出旭日二代邊緣AI芯片及一站式全場景芯片解決方案，并再次強調(diào)通過芯片架構(gòu)創(chuàng)新重新定義效能比。未來，地平線將攜手合作伙伴，以芯片效能和AIOT方案賦能智能物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)。

比特大陸的產(chǎn)品主要應(yīng)用于區(qū)塊鏈和人工智能兩大領(lǐng)域，高性能芯片設(shè)計是其核心競爭力。2019年，深圳安博會上，比特大陸攜算豐第三代智能服務(wù)器SA5登場，該產(chǎn)品的核心是比特大陸研發(fā)的AI芯片BM1684。

目前，中國芯片企業(yè)在世界芯片市場里難以討論競爭力這個問題，在整個芯片市場內(nèi)的發(fā)展并不樂觀。中國芯片企業(yè)在芯片市場內(nèi)分布不均，布局嚴(yán)重不足。雖然有 MCU 領(lǐng)域內(nèi)中國企業(yè)蜂擁而至的現(xiàn)狀，但更多的是像GPU、DSP等領(lǐng)域內(nèi)中國企業(yè)寥寥無幾，難以為繼的悲慘場景。

歸根結(jié)底，技術(shù)成為了中國企業(yè)止步于開拓部分領(lǐng)域的重要原因。盡管從表面上看會有像CPU領(lǐng)域的市場壟斷，成為某些企業(yè)放棄爭奪的重要影響因素，但是追本溯源會發(fā)現(xiàn)，霸占市場的關(guān)鍵還是在于技術(shù)的快速發(fā)展，不斷更新的技術(shù)將反作用于市場的快速占領(lǐng)。

目前，眾國產(chǎn)芯片廠商如同勇攀高峰的一組登山隊，海思、龍芯等企業(yè)率先成為敢于嘗試打破技術(shù)壁壘的先頭部隊。但由于起步晚，部分領(lǐng)域技術(shù)差距懸殊，行業(yè)命脈仍被把控在如德州儀器、安霸等老牌芯片設(shè)計公司的手中。因此安防芯片產(chǎn)業(yè)國有化要努力攻克的就是芯片產(chǎn)業(yè)的高端領(lǐng)域。

安防市場國有化的痛點在于，中低端芯片企業(yè)在中國是更為龐大的群體，盡管他們對市場需求反應(yīng)靈活，但是更多的中低端企業(yè)能提供的技術(shù)不足以滿足市場越來越復(fù)雜的高端需求。

安防領(lǐng)域的技術(shù)重點已從簡單傳統(tǒng)的圖像數(shù)據(jù)的收集和存儲，轉(zhuǎn)入對圖像數(shù)據(jù)的有效信息挖掘和分析。要想將“中國制造”轉(zhuǎn)變?yōu)椤爸袊窃臁?，就需要鼓勵越來越多的中游企業(yè)加入高端布局，跟緊先進技術(shù)的不斷更迭，并開始著眼于自主研發(fā)，以期未來具有良好的研發(fā)實力，從而在世界市場中更具有競爭力。

國產(chǎn)安防芯片產(chǎn)業(yè)的發(fā)展還要有賴于國家政策的扶持和重視。正視技術(shù)上的巨大差異，努力鞭策行業(yè)和企業(yè)本身，不斷革新，探索高精尖的人工智能技術(shù)并以此為核心。努力打破高端芯片領(lǐng)域中國企業(yè)少數(shù)派的現(xiàn)狀，從而促使整個行業(yè)技術(shù)成本的降低。伴隨著整個行業(yè)成本門檻的降低，有助于更多的中下游企業(yè)加入游戲，使全面國有化落實的更徹底。