人工智能芯片国内外专利布局态势

人工智能基本上有两个主要领域：云端人工智能和边缘人工智能。当前，对基于云技术的人工智能（数据中心），大多数计算由中央处理器（CPU）和图形处理器（GPU）完成。包括麦肯锡在内的机构开展的多项研究预测了专用集成电路（ASIC）将呈现出显著的增长趋势（图1）。专利数据证实，诸如IBM、Intel和Qualcomm等半导体公司正在设计ASIC以提高电源效率、增加数据吞吐量，推动自身的技术路线的发展。这些公司还专注于开发可以进行有效训练的AI芯片，通过提供学习数据构建机器学习模型。推理就是获取经训练的模型并利用其进行有用的预测的过程。

 

图1.人工智能计算架构的转变

图2显示了过去5年来特定公司提交的AI云芯片专利家族的数量。显而易见的是，传统的半导体公司的专利产出量很高。英特尔在过去5年提交了160项专利，其次是IBM（82项）。2016年成立的寒武纪拥有60多项专利，而Google的34项专利证明了其对于进入这一领域的重视。总部位于中国的人工智能云芯片领域新兴公司云天励飞是这一领域最活跃的申请者，目前已申请了250多项专利，其中大部分仅在中国提交申请（246项），而其余的向美国或通过《专利合作条约》（PCT）提交申请。从年度申请趋势来看，云天励飞和Graphcore的大部分AI芯片专利都在近3年提交。同时，对于英特尔来说，2017年的申请量占据大部分，而IBM在近五年间的专利申请量比较均衡。

 

图2.2015-2019年重要公司人工智能云芯片专利家族数量

三项研究案例分析了云计算AI芯片的知识产权布局情况。第一项研究比较了两家现有的处理器公司Intel和IBM，它们是传统的半导体公司，拥有突出的技术专长和庞大的IP组合。第二项研究比较了AI芯片新兴公司高通和寒武纪的专利组合，这两家公司都生产了用于移动设备的人工智能处理器，并宣布了云AI芯片的开发计划。最后一项案例研究比较了谷歌和百度的IP组合，这两家云技术公司正在积极开发人工智能专用集成电路（ASIC））。

①案例分析一：英特尔与IBM

英特尔和IBM是半导体领域传统的服务器芯片巨头。随着人工智能专用服务器芯片需求的迅速增长，对于这些公司而言，开发人工智能知识产权和专为云计算设计的芯片在战略上至关重要，以免将市场份额让给新竞争对手。

在过去的20年中，IBM申请了1,000项AI芯片相关专利，英特尔申请了558项专利。将分析范围缩小至过去五年间，英特尔申请了约180项美国专利，而IBM申请了75项。分析这一时期的概况将有助于确定每家公司对AI芯片发展的重点领域的判断以及相关的知识产权情况。

英特尔的专利申请似乎受到定于2021年发布基于Xe架构的GPU芯片的强劲推动。该芯片的市场定位是为服务于数据中心人工智能和高性能计算工作负载。它显示了英特尔对数字实现技术以及模拟技术的关注。

英特尔最近的专利强调了该公司对涵盖多种并行处理和矢量处理技术的数字方法十分关注。其IP组合中的其他专利涵盖了用于并行处理的存储器和通信方式。相反，英特尔在2015年之前将模拟技术列为核心技术。

过去五年中，IBM的专利申请极为多样化，包括82项专利家族的183件专利。在这些申请中，约有20项专利涉及模拟人工智能内核。其他领域还包括数字实现、连接和存储器。一些最值得关注的专利优先考虑了人工智能的模拟实现技术，这种方法可在较低功耗下实现更快的吞吐量，并有可能在较长时间内成为AI芯片的主流技术。

②案例分析2：高通与寒武纪

高通公司是最著名的智能手机处理器设计者。该公司目前提供智能手机的人工智能解决方案，包括智能相机的对象分类。近年来，高通公司一直致力于为数据中心开发AI芯片，并一直积极的寻求专利保护。

寒武纪的首批人工智能设计用于智能手机，其麒麟970芯片的知识产权已授权给华为。与高通类似，寒武纪此后一直专注于数据中心，并为此提供了人工智能加速芯片解决方案。人工智能加速芯片是人工智能应用的硬件加速器，多用于人工神经网络、机器视觉和机器学习等。

过去五年间，寒武纪已申请了63项专利家族，主要布局在中国、美国、PCT和欧洲。而同一时期高通公司在美国申请了34项涉及AI芯片的专利。

③案例三：谷歌和百度

谷歌以其出色的软件实力而闻名，但在过去的几年中，谷歌已经进入了芯片设计领域，相似的是，百度以软件而非硬件而闻名。但是，百度也已经为其服务器场开发了相应的芯片产品。

在过去五年中，百度的专利申请数量是所有研究对象中最低的，共提交了5项专利，分布在中国、美国、PCT和欧洲，主要涉及各种类型的人工网络以及以矩阵格式处理数据的方法。相比之下，谷歌已在神经网络、存储器和矢量领域申请了34项AI芯片相关专利。这些专利的技术主题涉及神经网络、并行处理和神经网络连接技术。

近几年，我国高度关注人工智能芯片产业的发展，通过检索发现，目前国内有数百件关于AI芯片的专利申请，分布在各个领域，比如图像识别、医疗诊断、语音识别、人脸识别、辅助驾驶等。AI芯片的核心技术实际上是内部设置的运算逻辑，运算逻辑越精细严密，其能够实现的运算功能就越强大。AI芯片内部的模型运算逻辑、AI芯片的测试和使用为AI芯片相关专利的保护重点。

有超过50%的专利申请处于实质审查阶段，基本都是2017年之后提交，这表明创新主体近几年才开始提交相关专利申请，且大多数为实用新型专利申请。AI芯片相关专利申请的创新主体主要包括AI芯片的数据处理系统（例如包括AI芯片的图像处理系统或者语音识别系统等）、AI芯片的测试方法和设备等。就目前检索的专利文件来看，百度的相关专利大部分集中在图像识别，其他还包括深度学习优化、AI芯片测试等。腾讯的相关专利集中于AI芯片的内部功能实现上，阿里的相关专利涉及模型训练，小米的相关专利涉及AI降噪芯片。

AI技术涉及生活中的方方面面，具有广阔的应用前景和未来市场。利用AI技术进行信息处理是互联网发展的大趋势，如何在研发及专利布局过程中抢占先机，对企业来说尤为重要。在AI芯片的专利申请中，主要是从功能的角度去申请。不论是从系统的角度将AI芯片与其他部件相适应配合，还是从芯片内部逻辑架构的精进改良，都最终体现在该芯片的功能上，而强大的功能可以满足更多的应用场景。

参考链接：

1.田亦瑶等，IAM文章分析人工智能芯片专利布局，2020.3.30[2021-11-9].https://www.worldip.cn/index.php?m=content&c=index&a=show&catid=64&id=1231

2.中国知识产权报，互联网大厂纷纷加速布局AI芯片，专利护“芯芯”向荣！，2021.5.27[2021-11-22].http://www.cneip.org.cn/html/5/41272.html