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AMD宣布推出全新AMD Radeon PRO W6000X系列 GPU，為Mac Pro挹注效能。全新 GPU 產品線為3D渲染、8K影片合成、色彩校正等各種專業應用與工作負載提供動力。

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軟體吞噬硬體的 AI 時代，晶片跟不上演算法的進化要怎麼辦？

作者 品玩 | 發布日期 2021 年 02 月 23 日 8:00 |

身為 AI 時代的幕後英雄，晶片業正經歷漸進持續的變化。

2008 年之後，深度學習演算法逐漸興起，各種神經網絡滲透到手機、App 和物聯網。同時摩爾定律卻逐漸放緩。摩爾定律雖然叫定律，但不是物理定律或自然定律，而是半導體業發展的觀察或預測，內容為：單晶片整合度（積體電路中晶體管的密度）每 2 年（也有 18 個月之說）翻倍，帶來性能每 2 年提高 1 倍。

保證摩爾定律的前提，是晶片製程進步。經常能在新聞看到的 28 奈米、14 奈米、7 奈米、5 奈米，指的就是製程，數字越小製程越先進。隨著製程的演進，特別進入10 奈米後，逐漸逼近物理極限，難度越發增加，晶片全流程設計成本大幅增加，每代較上一代至少增加 30%~50%。

這就導致 AI 對算力需求的增長速度，遠超過通用處理器算力的增長速度。據 OpenAI 測算，從 2012 年開始，全球 AI 所用的演算量呈現等比級數增長，平均每 3.4 個月便會翻 1 倍，通用處理器算力每 18 個月至 2 年才翻 1 倍。

當通用處理器算力跟不上 AI 演算法發展，針對 AI 演算的專用處理器便誕生了，也就是常說的「AI 晶片」。目前 AI 晶片的技術內涵豐富，從架構創新到先進封裝，再到模擬大腦，都影響 AI 晶片走向。這些變化的背後，都有共同主題：以更低功耗，產生更高性能。

更靈活

2017 年圖靈獎頒給電腦架構兩位先驅 David Petterson 和 John Hennessy。2018 年圖靈獎演講時，他們聚焦於架構創新主題，指出演算體系結構正迎來新的黃金 10 年。正如他們所判斷，AI 晶片不斷出現新架構，比如英國 Graphcore 的 IPU──迥異於 CPU 和 GPU 的 AI 專用智慧處理器，已逐漸被業界認可，並 Graphcore 也獲得微軟和三星的戰略投資支援。

名為 CGRA 的架構在學界和工業界正受到越來越多關注。CGRA 全稱 Coarse Grained Reconfigurable Array（粗顆粒可重構陣列），是「可重構計算」理念的落地產物。

據《可重構計算：軟體可定義的計算引擎》一文介紹，理念最早出現在 1960 年代，由加州大學洛杉磯分校的 Estrin 提出。由於太過超前時代，直到 40 年後才獲得系統性研究。加州大學柏克萊分校的 DeHon 等將可重構計算定義為具以下特徵的體系結構：製造後晶片功能仍可客製，形成加速特定任務的硬體功能；演算功能的實現，主要依靠任務到晶片的空間映射。

簡言之，可重構晶片強調靈活性，製造後仍可透過程式語言調整，適應新演算法。形成高度對比的是 ASIC（application-specific integrated circuit，專用積體電路）。ASIC 晶片雖然性能高，卻缺乏靈活性，往往是針對單一應用或演算法設計，難以相容新演算法。

2017 年，美國國防部高級研究計劃局（Defence Advanced Research Projects Agency，DARPA）提出電子產業復興計劃（Electronics Resurgence Initiative，ERI），任務之一就是「軟體定義晶片」，打造接近 ASIC 性能、同時不犧牲靈活性。

照重構時的顆粒分別，可重構晶片可分為 CGRA 和 FPGA（field-programmable gate array，現場可程式語言邏輯門陣列）。FPGA 在業界有一定規模應用，如微軟將 FPGA 晶片帶入大型資料中心，用於加速 Bing 搜索引擎，驗證 FPGA 靈活性和演算法可更新性。但 FPGA 有局限性，不僅性能和 ASIC 有較大差距，且重程式語言門檻比較高。

CGRA 由於實現原理差異，比 FPGA 能做到更底層程式的重新設計，面積效率、能量效率和重構時間都更有優勢。可說 CGRA 同時整合通用處理器的靈活性和 ASIC 的高性能。

隨著 AI 演算逐漸從雲端下放到邊緣端和 IoT 設備，不僅演算法多樣性日益增強，晶片更零碎化，且保證低功耗的同時，也要求高性能。在這種場景下，高能效高靈活性的 CGRA 大有用武之地。

由於結構不統一、程式語言和編譯工具不成熟、易用性不夠友善，CGRA 未被業界廣泛使用，但已可看到一些嘗試。早在 2016 年，英特爾便將 CGRA 納入 Xeon 處理器。三星也曾嘗試將 CGRA 整合到 8K 電視和 Exynos 晶片。

中國清微智慧 2019 年 6 月量產全球首款 CGRA 語音晶片 TX210，同年 9 月又發表全球首款 CGRA 多模態晶片 TX510。這家公司脫胎於清華大學魏少軍教授起頭的可重構計算研究團隊，從 2006 年起就進行相關研究。據芯東西 2020 年 11 月報導，語音晶片 TX210 已出貨數百萬顆，多模組晶片 TX510 在 11 月也出貨 10 萬顆以上，主要客戶為智慧門鎖、安防和臉部支付相關廠商。

先進封裝上位

如開篇提到，由於製程逼近物理極限，摩爾定​​律逐漸放緩。同時 AI 演算法的進步，對算力需求增長迅猛，逼迫晶片業在先進製程之外探索新方向，之一便是先進封裝。

「在大數據和認知計算時代，先進封裝技術正在發揮比以往更大的作用。AI 發展對高效能、高吞吐量互連的需求，正透過先進封裝技術加速發展來滿足。 」世界第三大晶圓代工廠格羅方德平台首席技術專家 John Pellerin 聲明表示。

先進封裝是相對於傳統封裝的技術。封裝是晶片製造的最後一步：將製作好的晶片器件放入外殼，並與外界器件相連。傳統封裝的封裝效率低，有很大改良空間，而先進封裝技術致力提高整合密度。

先進封裝有很多技術分支，其中 Chiplet（小晶片／芯粒）是最近 2 年的大熱門。所謂「小晶片」，是相對傳統晶片製造方法而言。傳統晶片製造方法，是在同一塊矽晶片上，用同一種製程打造晶片。Chiplet 是將一塊完整晶片的複雜功能分解，儲存、計算和訊號處理等功能模組化成裸晶片（Die）。這些裸晶片可用不同製程製造，甚至可是不同公司提供。透過連接介面相接後，就形成一個 Chiplet 晶片網路。

據壁仞科技研究院唐杉分析，Chiplet 歷史更久且更準確的技術詞彙應該是異構整合（Heterogeneous Integration）。總體來說，此技術趨勢較清晰明確，且第一階段 Chiplet 形態技術較成熟，除了成本較高，很多高端晶片已經在用。

如 HBM 儲存器成為 Chiplet 技術早期成功應用的典型代表。AMD 在 Zen2 架構晶片使用 Chiplet 思路，CPU 用的是 7 奈米製程，I/O 使用 14 奈米製程，與完全由 7 奈米打造的晶片相比成本約低 50%。英特爾也推出基於 Chiplet 技術的 Agilex FPGA 系列產品。

不過，Chiplet 技術仍面臨諸多挑戰，最重要之一是互連介面標準。互連介面重要嗎？如果是在大公司內部，比如英特爾或 AMD，有專用協議和封閉系統，在不同裸晶片間連接問題不大。但不同公司和系統互連，同時保證高頻寬、低延遲和每比特低功耗，互連介面就非常重要了。

2017 年，DARPA 推出 CHIPS 戰略計劃（通用異構整合和 IP 重用戰略），試圖打造開放連接協議。但 DARPA 的缺點是，側重國防相關計畫，晶片數量不大，與真正商用場景有差距。因此一些晶片業公司成立組織「ODSA（開放領域特定架構）工作組」，透過制定開放的互連介面，為 Chiplet 的發展掃清障礙。

另闢蹊徑

除了在現有框架內做架構和製造創新，還有研究人員試圖跳出電腦現行的范紐曼型架構，開發真正模擬人腦的計算模式。

范紐曼架構，數據計算和儲存分開進行。RAM 存取速度往往嚴重落後處理器的計算速度，造成「記憶體牆」問題。且傳統電腦需要透過總線，連續在處理器和儲存器之間更新，導致晶片大部分功耗都消耗於讀寫數據，不是算術邏輯單元，又衍生出「功耗牆」問題。人腦則沒有「記憶體牆」和「功耗牆」問題，處理訊息和儲存一體，計算和記憶可同時進行。

另一方面，推動 AI 發展的深度神經網路，雖然名稱有「神經網路」四字，但實際上跟人腦神經網路運作機制相差甚遠。1,000 億個神經元，透過 100 萬億個神經突觸連接，使人腦能以非常低功耗（約 20 瓦）同步記憶、演算、推理和計算。相比之下，目前的深度神經網路，不僅需大規模資料訓練，運行時還要消耗極大能量。

因此如何讓 AI 像人腦一樣工作，一直是學界和業界積極探索的課題。1980 年代後期，加州理工學院教授卡弗·米德（Carver Mead）提出神經形態工程學的概念。經過多年發展，業界和學界對神經形態晶片的摸索逐漸成形。

軟體方面，稱為第三代人工神經網路的「脈衝神經網路」（Spike Neural Network，SNN）應運而生。這種網路以脈衝信號為載體，更接近人腦的運作方式。硬體方面，大型機構和公司研發相應的脈衝神經網路處理器。

早在 2008 年，DARPA 就發起計畫──神經形態自適應塑膠可擴展電子系統（Systems of Neuromorphic Adaptive Plastic Sc​​alable Electronics，簡稱 SyNAPSE，正好是「突觸」之意），希望開發出低功耗的電子神經形態電腦。

IBM Research 成為 SyNAPSE 計畫的合作方之一。2014 年發表論文展示最新成果──TrueNorth。這個類腦計算晶片擁有 100 萬個神經元，能以每秒 30 幀的速度輸入 400×240pixel 的影片，功耗僅 63 毫瓦，比范紐曼架構電腦有質的飛躍。

英特爾 2017 年展示名為 Loihi 的神經形態晶片，包含超過 20 億個晶體管、13 萬個人工神經元和 1.3 億個突觸，比一般訓練系統所需的通用計算效率高 1 千倍。2020 年 3 月，研究人員甚至在 Loihi 做到嗅覺辨識。這成果可應用於診斷疾病、檢測武器和爆炸物及立即發現麻醉劑、煙霧和一氧化碳氣味等場景。

中國清華大學類腦計算研究中心的施路平教授團隊，開發針對人工通用智慧的「天機」晶片，同時支持脈衝神經網路和深度神經網路。2019 年 8 月 1 日，天機成為中國第一款登上《Nature》雜誌封面的晶片。

儘管已有零星研究成果，但總體來說，脈衝神經網路和處理器仍是研究領域的方向之一，沒有在業界大規模應用，主要是因為基礎演算法還沒有關鍵性突破，達不到業界標準，且成本較高。

附圖：▲ 不同製程節點的晶片設計製造成本。（Source：ICBank）
▲ 可重構計算架構與現有主流計算架構在能量效率和靈活性對比。（Source：中國科學）
▲ 異構整合成示意動畫。（Source：IC 智庫）
▲ 通用處理器的典型操作耗能。（Source：中國科學）

資料來源：https://technews.tw/2021/02/23/what-to-do-if-the-chip-cannot-keep-up-with-the-evolution-of-the-algorithm/?fbclid=IwAR0Z-nVQb96jnhAFWuGGXNyUMt2sdgmyum8VVp8eD_aDOYrn2qCr7nxxn6I

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任天堂Switch（日語：ニンテンドースイッチ，英語：Nintendo Switch）是任天堂出品的電子遊戲機，於2017年3月3日在日本、北美、歐洲和香港發售，同年12月1日在韓國與台灣發售。擁有可拆卸控制器和可分離式主機，遊戲載體使用了專用卡匣。主機處理器使用了NVIDIA客制的Tegra X1系統晶片，這是任天堂首次採用NVIDIA的系統晶片。[2]開發期中的主機於2015年3月17日以「NX」代號首次公布，在2016年10月20日首次於網路影片上公開正式名稱任天堂Switch和其造型。[4]

目錄 [隱藏]
1 硬體
1.1 主機和底座
1.2 手柄
1.3 硬體規格
2 軟體
2.1 系統
2.1.1 任天堂Switch線上服務
2.1.2 任天堂eShop
2.2 遊戲
3 沿革
4 評價
4.1 發售前
4.2 發售後
4.3 商業評論
4.4 銷售成績
5 事件
5.1 正式發表會前
5.1.1 假任天堂Switch惡搞事件
5.2 正式發售前
5.2.1 「任哥吉拉」事件
5.2.2 主機提前洩漏事件
5.2.3 Joy-Con失去與主機本體連接
5.3 正式發售後
5.3.1 卡匣「口感」
5.3.2 左Joy-Con感應不良問題
5.3.3 任天堂對產能致歉
6 法律糾紛
7 參考資料
8 外部連結
硬體
主機和底座

任天堂Switch主機、底座和Joy-Con手柄控制器
任天堂Switch混合了家用主機和便攜式遊戲機的概念，主體為一個類似平板電腦的裝置，採用了JDI生產的6.2英吋的多觸點顯示屏，解析度為1280x720像素；像素密度為236.87ppi。[5][6]內置32GB儲存空間，並支援Micro SD（SDHC、SDXC）儲存卡作為擴充。採用了USB Type-C型介面作為充電介面，可直接插上充電器充電，也可以放入底座內充電；此外該介面也負責主機與底座之間的畫面、聲音的資料傳輸。主機內置了一個主動散熱風扇和導熱管，目的是使處理器不會因為過熱降低效能，其出風口在主機上方。[7]

任天堂Switch的底座（Switch Dock）可以透過HDMI輸出1920x1080像素的畫面；底座還可以為Switch主機充電；底座上還有3個USB介面（2個USB2.0、1個USB3.0），但目前官方沒有給出用途範例；根據一些媒體的測試，用戶可以透過底座的USB介面連線鍵盤等硬體外設。[8]

手柄

任天堂Switch主機（上）與左右分開的Joy-Con控制器（下）
任天堂Switch的遊戲手柄「Joy-Con」是兩個採用了可分離式設計的手柄，可插在主機主體兩側以類似Game Boy Advance的形態進行遊戲，也可從主體上拆下後獨立作為兩個控制器進行雙人遊戲，還可以裝到外設「Joy-Con Grip」上合成一個傳統樣式的手柄控制器。[9][10][11][12]隨主機附贈的「Joy-Con Grip」沒有為Joy-Con手柄充電的功能，而單獨銷售的「Joy-Con Grip」則包含有為手柄充電的功能。[13]左右兩個Joy-Con手柄都內建了體感控制功能，並且還配備了被稱為「HD振動」的振動反饋裝置，可以給予玩家更細膩的反饋。此外，左側的Joy-Con手柄上包括了一個螢幕擷取按鍵，在發售時只能用於螢幕截圖，更新系統4.0.0後新增視訊錄製功能；右側的Joy-Con手柄中內建了讀取amiibo玩偶的NFC晶片和被稱為「IR Camera」的紅外線傳感器。[14][15]值得一提的是Joy-Con手柄是任天堂自FC遊戲機以來首次取消傳統的十字鍵，改為任天堂Game & Watch最初的分離式方向鍵。[16]


任天堂Switch Pro Controller
除主機附帶的Joy-Con外，玩家還可另購任天堂Switch Pro手柄。Pro手柄還是繼續使用傳統的十字鍵，不過相較於Wii U的手柄，它在鍵位上也有一定變化，最明顯的是右搖杆和ABXY按鍵位置對調，向Xbox系列手柄的按鍵布局靠攏。[17][18]該手柄為任天堂Switch專用，無法在其他任天堂家用遊戲機上使用。此外，Pro手柄右搖杆的主機板處還刻有隱藏的文字以感謝玩家。[19]

硬體規格
任天堂Switch的處理器使用了NVIDIA客制的Tegra X1系統晶片及其內建的GeForce顯卡，這是任天堂首次採用NVIDIA的處理器和顯卡。此前任天堂的家用主機從任天堂GameCube到Wii U都採用了IBM的處理器以及ATI和AMD顯卡。[2]根據遊戲媒體的評測，任天堂Switch使用的Tegra X1處理器為20奈米製造工藝，有4核心ARM Cortex-A57架構中央處理器以及4顆ARM Cortex-A53架構處理核心；[20]圖形處理器採用了基於Maxwell微架構的256核心CUDA，圖形處理器會根據主機處於便攜狀態或插入底座的不同情況進行差異化運算，在便攜狀態下運算頻率為307.2MHz，而插入底座後會提升至768MHz到921MHz。[21][22]主機記憶體為4GB LPDDR4。[23]

任天堂Switch主機的內建儲存空間為32GB，可使用microSD進行擴充，最高支援microSDXC標準，最大支援2TB容量；[24]主機在初始系統1.0.0時只能支援到microSDHC標準，發售同日提供的系統2.0.0更新使其可支援microSDXC標準。[25]

任天堂Switch的遊戲載體採用了任天堂掌上遊戲機系列上一直使用的卡匣而非自任天堂GameCube以來家用主機一直使用的光碟；值得一提的是，為了防止嬰幼兒誤吞卡匣，任天堂在生產卡匣時加入了無毒的苦味劑苯甲地那銨。[26]任天堂Switch繼續支援自家的有近場通訊的玩偶Amiibo。[27]任天堂Switch主機本體內建了4310mAh的鋰電池，但電池不可更換；而根據遊戲的不同，主機續航時間從2.5小時至6小時不等，例如玩《薩爾達傳說 曠野之息》電量最多能持續3小時。[28]

軟體
系統
主條目：任天堂Switch系統軟體
作業系統基於FreeBSD。[29]在任天堂Switch的系統框架中，任天堂隱藏了一個紅白機遊戲《高爾夫》，遊戲可以透過Joy-con操控。根據媒體和玩家分析，該彩蛋是為了向已故的前任社長岩田聰致敬，他是《高爾夫》唯一一名程式設計師。[30]此外任天堂Switch不會再支援Wii U和任天堂3DS上的遊戲社群交流網路服務「Miiverse」；而任天堂3DS系列機型上獨特的「擦肩通訊」功能也不會出現在任天堂Switch上。[31][32]

任天堂Switch線上服務
主條目：任天堂Switch線上服務
任天堂Switch採用叫做「Nintendo Switch Online Services」的新網路服務。2017年3月3日發售時為免費服務，計劃於2018年開始進行收費。屆時只有付費用戶可以透過任天堂Switch線上服務進行網路連線遊戲和語音聊天，獲得每月免費Virtual Console遊戲和限定優惠折扣，此外亦有免費用戶也可使用的基礎功能。這種線上服務有點類似於微軟推出的Xbox Live。[33][34]

任天堂eShop
主條目：任天堂eShop
在任天堂eShop所下載的任天堂Switch遊戲將不會綁定主機，而是綁定帳號，放棄了長久以來任天堂將遊戲綁定主機的政策。[35]玩家可任意修改自己的任天堂帳號所在國家或於同一台主機上登陸多個不同國家的任天堂帳號，來方便地購入只在其他國家發行的遊戲，或是選擇在價格最低廉的國家購入遊戲。這一政策在方便玩家的同時，亦被認為會一定程度上影響當地發行商的利益。截至2017年10月，南非與墨西哥等國eShop因有多個遊戲價格較其他國家eShop低廉而受到玩家關注。

遊戲
主條目：任天堂Switch遊戲列表和暢銷任天堂Switch遊戲列表
任天堂Switch並不是Wii U和任天堂3DS的後續機種，所以不會相容任天堂之前推出的Wii U或任天堂3DS上的遊戲，這結束了任天堂自Wii以來的家用主機可以相容上世代主機遊戲的歷史，也是任天堂首次在可攜式遊戲機上停止相容上一世代型號的遊戲。[36]同時任天堂Switch也是任天堂自FC遊戲機以來首個取消遊戲軟體鎖區的家用主機，也是繼任天堂DS後任天堂再次在可攜式遊戲機上沒有鎖區。[37]

第一款確認在製作的任天堂Switch遊戲是史克威爾艾尼克斯的《勇者鬥惡龍XI 追尋逝去的時光》，遊戲在2015年7月28日正式公布，並稱將計劃登陸當時還被稱作NX的任天堂Switch。[38]而任天堂本社第一款確認登陸新主機的遊戲是《薩爾達傳說 曠野之息》，遊戲原先是Wii U平台獨占。[39]在任天堂Switch正式公布後，育碧宣布旗下的《舞力全開2017》將會登陸任天堂Switch。[40]任天堂Switch的首部宣傳片中出現了《上古卷軸V：無界天際》的畫面，貝塞斯達表示很樂於與任天堂展開合作，但當時公司還沒有確認哪款作品會登陸任天堂Switch，直到2017年1月13日的發表會才正式確認該遊戲會在2017年秋季發售，這也是貝塞斯達首次在任天堂硬體平台上製作遊戲。[41][42]而SEGA也確定將在2017年發售開發代號為「Project Sonic 2017」的《音速小子》系列新作也將會登陸任天堂Switch。[43]2017年5月，卡普空宣布《魔物獵人XX》正式登陸任天堂Switch平台。該作可幾乎完整繼承3DS版的存檔。除了任天堂Switch版玩家可面連/網連之外，不同平台玩家也可以透過網連一同合作狩獵。[44][45]