行业背景与核心观点 - 在国际科技竞争背景下，国产AI芯片已形成多厂商、多技术路线并行的竞争格局，用户关注点从硬件算力转向软件生态的成熟度、兼容性与易用性，软件生态成为决定芯片价值释放与商业化落地的关键[1] - 国产AI芯片软件生态已从"基础可用"迈向"特定场景可用"，形成"全栈生态"与"兼容生态"两大主流路径，行业协同与标准化建设初见成效，但在工具链完备性、生态成熟度及开发者规模上与国际主流仍有差距[1] - 未来需坚持"标准化、开源化、协同化"发展，通过产学研协同发力，推动国产AI芯片软件生态从"好用"向"卓越"跨越，筑牢自主可控的技术体系[1] AI芯片软件生态核心架构 - AI芯片软件生态由基础支撑层、核心工具层、框架适配层与管理监控层四层架构构成，各模块通过"技术依赖-功能协同"形成闭环，共同作用于AI模型的训练与推理过程[1][14] - 基础支撑层作为"翻译与调度中枢"负责硬件算力抽象与资源调度，主要包括芯片驱动、底层库和系统运行时等组件，相当于AI芯片的操作系统[1][17] - 核心工具层作为"性能优化引擎"涵盖编译器、算子库、通信库等优化工具，是让算力真正高效发挥的关键[1][20] - 框架适配层通过"国际主流框架+国产插件"与"国产自研框架+多硬件适配"两条路径降低开发者迁移成本[1][25] - 管理监控层提供监控与调度保障系统稳定运行，是系统稳定的"运维保障屏障"[1][31] 国产AI芯片分类及厂商生态 - 国产AI芯片可分为专用加速芯片（华为昇腾、寒武纪等）、通用计算型芯片（海光DCU等）、图形计算型芯片（摩尔线程、壁仞科技等）[1] - 代表性厂商生态各有侧重：华为昇腾构建全栈自主生态，摩尔线程以兼容CUDA降低迁移成本，寒武纪侧重推理场景优化，海光DCU适配"HPC+AI"融合负载[1] - 以华为昇腾、寒武纪、地平线、沐曦、燧原科技、海光信息、壁仞科技、摩尔线程及天数智芯等为代表的一批本土企业，已成功推出一系列具有市场竞争力的AI芯片产品，在国内市场形成了多厂商、多技术路线并行的活跃竞争格局[10] 基础支撑层技术实践 - 基础支撑层通过抽象硬件复杂性，让上层开发者无需直接处理寄存器、DMA等细节，例如摩尔线程的MUSA SDK提供了底层编译器和运行时库，屏蔽了GPU硬件细节[17] - 华为昇腾提供的CANN包含基础支撑层部分，封装了异腾AI处理器的指令集和算子，实现对硬件的抽象和使能，并已全面开源[17] - 寒武纪的NeuWare基础系统同时支持云端、边缘和终端各类芯片，提供统一的底层接口，方便智能应用在不同算力设备间迁移和调优[19] - 基础支撑层还需提供健康检测、故障隔离与版本兼容的能力，华为昇腾提供了npu-smi作为GPU信息查询接口，通过K8S设备插件等工具，上层调度器可感知AI芯片资源状态[19] 核心工具层技术实现 - 核心工具层涵盖模型编译器、算子库、性能分析和调优工具等，核心组成是AI编译器/执行引擎，负责将上层训练好的模型转换为适配芯片的高效执行方案[20] - 寒武纪的MagicMind推理加速引擎可将用户在PyTorch、TensorFlow等框架训练好的模型一键编译为思元芯片可执行的代码，内部集成了基于MLIR的图编译技术[22] - 高度优化的算子库和性能库提供基础数学运算和深度学习常用算子的实现，例如摩尔线程MUSA SDK包含muBLAS、muDNN等加速库，寒武纪的NeuWare提供CNNL以加速卷积、矩阵乘等算子运算[22] - 通信库是实现多芯片协同计算的关键工具，寒武纪NeuWare软件栈内置了CNCL通信库和Horovod分布式框架适配，摩尔线程MUSA SDK包含自研的MCCL，沐曦联合开源社区提供拓扑感知的通信方案[23][24] 框架适配层迁移路径 - 框架适配层通过扩展现有框架的设备类型和算子实现，让原有模型代码以极少改动跑在国产芯片上，典型做法是为框架增加新的设备标识（如npu、mlu、musa）[25] - 华为昇腾社区维护的torch npu仓库是面向Ascend NPU的PyTorch扩展，寒武纪提供CATCH/Torch-MLU等扩展，摩尔线程开源torch musa项目在PyTorch中新增MUSA设备类型[26] - 国产通用软件栈通过插件方式支持多家国产芯片，PaddlePaddle及其部署组件FastDeploy、PaddleX已支持在NVIDIA GPU、百度昆仑XPU、华为Ascend NPU、寒武纪MLU、海光DCU等多种硬件上无缝切换[27] - 国产自研框架如MindSpore+Ascend、MagicMind+MLU将框架执行后端与国产芯片紧密绑定，PaddlePaddle、计图等国产通用框架从设计之初就面向多家国产加速硬件[28][29] 管理监控层运维保障 - 管理监控层负责系统运行维护和资源管控，随着AI训练集群规模扩大，监控硬件状态并调度资源变得至关重要，成熟的算力生态配套完善的监控和调度系统[31] - 监控工具充当AI芯片运行状态的"实时感知载体"，帮助运维人员和上层调度实时了解系统健康和性能状况，包括硬件层面的温度、电压、功耗、利用率等指标[33] - 国产AI集群将GPU或NPU的关键指标对接到现有运维平台，华为云ModelArts平台支持用户接入Prometheus来获取Ascend异腾集群的监控指标，沐曦开发mx-smi监控工具，寒武纪提供cambricon-smi[33] - 调度工具的核心任务是在多用户、多任务共享AI芯片集群的场景下合理分配硬件资源，提升集群吞吐，避免资源碎片，防止任务互相干扰，现代AI调度工具引入GPU切分共享、拓扑感知调度等创新机制[36]