手机AI芯片走过8年，潜力为何仍被白白浪费？

八年前，我们第一次见识到了手机里的神经网络处理器（NPU），你还记得2017年华为Mate10的麒麟970吧，它比上不足（苹果A11、骁龙835），比下有余（骁龙660、联发科P60），却是世界上第一款集成NPU的移动SoC。从此，“手机本地也能跑AI”成为一种可能。

老实说，这八年变化挺大的，苹果和三星终于也开始搞端侧AI了，虽说效果有好有坏；谷歌则将自家数据中心的张量处理器（TPU）运用得愈发成熟，并在Tensor芯片中借鉴了TPU 的AI计算核心理念。从ARM、高通，到苹果、三星，所有大科技公司在发布新产品时都要提那么一句：AI是智能手机未来的核心。

但实际应用下来，移动AI总感觉施展不开：手机本地能用到的AI功能就那么些：基本是语音助手、拍照修图、即时翻译老三样，应用开发者想搞出点新东西却困难重重。这一现状，NPU得承担一部分责任，不是它不好用，而是从未真正开放给开发者作为平台使用。这就让人有些纳闷了：手机里这块叫NPU的芯片，到底能用来干什么？

先搞懂：NPU到底是什么？

就像手机里负责跑APP的CPU、玩游戏时渲染画面的GPU，还有专门处理拍照录像数据的ISP一样，NPU也是专用计算单元——专门用来跑AI任务，追求既快又省电。如今不只是手机芯片，连英特尔和AMD的移动处理器同样集成了专用NPU，尽管与手机SoC的NPU功能侧重不同。

具体来说，NPU擅长处理小体量的数据（比如4位甚至2位的精简模型）、特殊的内存使用模式，还有一大堆数学运算（比如融合乘加、融合乘积累加这些）。移动NPU之所以能流行，就是因为有些AI任务，传统处理器处理起来效率又低又费电，它却能更高效搞定。

当然，早在2017年NPU初现时就有一种反对意见：跑AI任务不一定非得要NPU，很多简单的小算法，就算是性能一般的CPU也能扛；而那些支撑大语言模型的数据中心，用的硬件更像英伟达显卡，跟手机里的NPU不是一回事。

但有了专用NPU，就能流畅跑那些CPU、GPU不擅长的模型，而且通常更省电。这种分工合作的计算方式，虽然会让芯片设计更复杂、占更多空间，但能在性能和耗电之间找到平衡，这对手机太重要了，没人想让AI功能把电池很快耗光吧？

AI不是本应在显卡上跑吗？

关注内存涨价的朋友都知道，AI数据中心特别需要高性能的AI和GPU加速器（尤其是英伟达的），而配套显存和内存都是海量的：单台AI训练/推理服务器需配置8张H200算力卡，其整合的显存容量可达1.2TB，同时配备最高8TB的系统内存，以满足高负载算力需求，这就是内存不够用、价格飞涨的主要原因。

英伟达的CUDA架构之所以能高效跑AI和图形任务，核心在于其具备大规模并行计算和资源调度能力。它的张量核心能搞定各种数据格式的复杂数学运算，包括现在AI模型常用的精简数据格式。

虽然现在手机里的GPU，比如ARM的Mali、高通的Adreno，也能处理16位甚至8位的数据，但遇到4位及以下的超精简模型时，效率就差了很多。而且手机GPU就算理论上支持这些运算，也不是专门为AI设计的，AI只是它们的副业。

手机GPU首先要考虑省电，跟桌面端那些性能超强的显卡不一样。它们使用的一些技术，比如瓦片渲染（Tiled Rendering）、分片执行（Shard Execution），不太适合长时间高强度的计算任务。手机GPU当然能跑AI，有些场景下也还行，但遇到专门的AI运算，还是有更省电的选择。

软件开发也很关键。英伟达的CUDA会把芯片的核心能力开放给开发者，让他们能深度优化AI任务的运行。但手机平台没有这么底层的访问权限，开发者和手机厂商只能用高通神经处理SDK、ARM计算库这些工具，而且大多是某家厂商专属的，通用性不强。

这就是移动AI开发的大难题：桌面端开发基本都围绕CUDA转（虽然AMD的ROCm也在慢慢起来），但手机里的NPU五花八门——谷歌的Tensor、骁龙的Hexagon、苹果的神经网络引擎，每种都有自己的规矩和开发工具，开发者很难兼顾。

NPU未解决“平台不统一”的麻烦

现在几乎所有手机芯片都集成了NPU，设计它的初衷是高效处理小数据、复杂运算和特殊内存模式，还不用大改GPU的架构。但独立NPU也带来了新问题，尤其是第三方开发者想做适配的时候。

虽然苹果、骁龙、联发科这些芯片都提供了开发工具，但开发者得为每个平台单独做适配优化。就算是谷歌自己的Pixel手机，也没给开发者提供方便的通用访问权限：Tensor ML SDK还在测试阶段，能不能正式开放还不一定。开发者只能通过谷歌的ML Kit用一些高层级的Gemini Nano功能，想深入用到底层硬件，根本做不到。

更糟的是，三星已经停止了自家Neural SDK的维护和更新，谷歌之前搞的通用Android NNAPI也充满了局限性。这就导致移动AI开发变成了一团乱麻，各种规格、各种废弃的工具，第三方想高效做个移动AI应用太难了。每家厂商自己搞的优化方案，根本没法推广开来，最后开发者能用的，还是谷歌这些大厂掌控的云端AI或者他们自己做的精简模型。

转机：跨平台工具LiteRT来了

还好，谷歌2024年推出了LiteRT（其实是Tensor Flow Lite框架的升级组件），它能统一支持CPU、GPU和各家厂商的NPU（目前支持高通、联发科）。LiteRT的设计初衷是在运行时最大限度地利用硬件加速，让软件自行选择最合适的方法，从而解决了NNAPI的最大缺陷——NNAPI本来想让开发者不用顾忌不同厂商的硬件差异，结果只统一了接口，实际运行效果还是看厂商的驱动；而LiteRT自己掌控运行过程，就是想把这个漏洞补上。

有意思的是，LiteRT不仅能在Android、iOS上使用，嵌入式设备甚至桌面电脑都能用，全程在设备本地运行AI推理，看得出来谷歌想把它做成通用的精简模型运行工具。不过和桌面端的AI框架不一样，LiteRT是提前设定好的，精度、精简方式这些都定死了，这样才能在手机这种资源有限的设备上稳定运行。

虽然LiteRT解决了不同厂商NPU不兼容的问题，但结合现在的技术发展，我们仍需要思考：NPU以后还能像现在这样重要吗？

比如ARM最新的C1系列CPU，增加了SME2扩展指令，一些AI任务能提速4倍，而且很多开发框架都支持，不用专门的工具。另外，手机GPU的架构也可能会改，变得更适合跑AI任务，说不定以后就用不到专门的NPU了。听说三星也正在搞专门优化AI的GPU，未来最早可能在Galaxy S28系列上用；Imagination的E系列GPU也是针对AI加速设计的，支持FP8和INT8精度，说不定Pixel以后也会用这款芯片。

而LiteRT正好能配合这些技术进步，开发者不用再操心硬件怎么变。CPU对复杂指令的支持越来越好，以后跑AI任务也会越来越高效，不再是备胎；而那些对AI优化更好的GPU，说不定以后会取代NPU成为默认的AI加速器，这些变化LiteRT都能应对。这么看，LiteRT有点像移动端的“CUDA”，它不是开放硬件，而是把不同硬件的差异抹平了，让开发者不用再纠结。

NPU不会消失，但AI生态终于有点盼头了

专用的移动NPU短期内肯定不会消失，但最开始那种“围着NPU转、被厂商限制”的端侧AI模式，显然不是最终形态。对于大多数第三方应用来说，CPU和GPU还是会承担大部分AI任务，尤其是它们对AI运算的支持越来越好了。

如果LiteRT能成功，开发者就不用再依赖某家芯片厂商的路线图，也能开发端侧AI应用了。尽管如此，设备端AI想拥有一个充满活力的第三方生态，可能还有一段路要走，但我们现在总算朝着这个方向迈进了一步。