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      邊緣人工智能來真的了:TI芯科技賦能中國新基建之人工智能

      2021/11/24 17:59:25   電源在線網
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        1956年,當斯坦福大學的麥卡錫提出“人工智能”時,他一定沒有想到這個概念會在幾十年后的中國如火如荼。人工智能不僅僅在引發新的產業革命方面被寄予厚望,更是融入到了每個人的日常生活中,并且正在觸發社會變革。事實上,2020年4月,國家發改委在確定新基建的3個方面時,在信息基礎設施、融合基礎設施中均提及人工智能,也只不過是把正在發生的變革明確地告知大眾。

        

        伴隨算力、數據、互聯網的發展,人工智能正處于從量變到質變的節點,尤其邊緣端呈現出爆發式的發展。Gartner預測,到2025年,至少會有75%的數據處理將會在云端或者數據中心之外的地方進行。人工智能大潮對于半導體企業是機遇也是挑戰。和云端不同,邊緣側對芯片的最主要需求依然回到了性能、成本和功耗這3個芯片永恒的話題,而且必須同時具備,產品才能勝出。此外由于邊緣人工智能產品的開發周期較短,迭代窗口快速,因此友好的開發環境也很關鍵。

        

        德州儀器(TI)中國區嵌入式產品系統與應用總監Howard Jiang

        什么樣的邊緣人工智能系統才是成功的?“精準感知,快速決策,人機協作,高效節能,安全可靠”,這是德州儀器(TI)中國區嵌入式產品系統與應用總監Howard Jiang給出的答案。眾所周知,感知、決策及執行是邊緣人工智能的3個環節,而且隨著邊緣人工智能的發展,對于嵌入式的感知和決策技術的要求相比非人工智能更嚴苛、更差異化。

        感知——邊緣人工智能的數據來源

        數據是邊緣人工智能的根本,而感知則是數據的來源。正如一個人不止需要眼睛來感覺世界,包括耳朵等都是感知自然世界的重要器官,機器同樣需要耳聰目明,各種傳感器隨著技術發展應運而生。TI推出的單芯片毫米波雷達,在許多應用場合可以規避傳統攝像頭的弊端,同時支持系統的多項數據融合,使得機器可以更好地獲取數據,實現對目標的精準感知。

        利用毫米波雷達的收發,能夠以極高的精度測量其視野范圍內物體以及障礙物的距離和其相對速度。與基于視覺和激光雷達的傳感器相比,毫米波傳感器的一個重要優勢是不容易受雨、塵、煙、霧或霜等環境條件影響。此外,毫米波傳感器可在完全黑暗中或在陽光直射下工作。這些傳感器可直接安裝在無外透鏡、通風口或傳感器表面的塑料外殼后,非常堅固耐用,能滿足防護等級(IP)69K標準。

        TI的單芯片毫米波雷達通過CMOS制成工藝技術,實現了傳統雷達所不具備的高性價比優勢,同時結合了ASIC后端處理,可以直接降低BOM成本,減少產品尺寸,并且減少了對于處理器的依賴;赥I毫米波雷達設計的產品體積是微型激光雷達測距儀的三分之一,重量是其一半。

        更重要的是,除了自動駕駛領域,毫米波雷達還可以應用于更廣闊的工業及智能家居、智能樓宇、醫療等領域。比如通過毫米波雷達與空調的結合,可以實現風隨人動、目標人體的姿態感知、自動開關等多項智能功能。而在其他應用中,如針對機械臂操作員的安全監測、物流機器人/無人機避障檢測、老人跌倒等監測,毫米波雷達都擁有以往圖像傳感器所不具備的準確、快速感知等優勢,同時滿足許多應用場合的數據脫敏要求(可以安裝在臥室、衛生間等場合)。

        除了毫米波雷達之外,TI還提供了溫度傳感器、DLP®技術、ToF等廣泛的產品,從而進一步豐富了機器與人的交互途徑。

        決策——邊緣人工智能的大腦

        邊緣人工智能設備需要一個聰明的“大腦”來進行數據處理和決策。集成式SoC通常是邊緣人工智能中一個不錯的選擇,因為除了容納能夠執行深度學習推理的各種處理元件外,SoC還集成許多用于整個嵌入式應用的必要組件。一些集成式SoC包括顯示、圖形、視頻加速和工業聯網功能,使單芯片解決方案的功能不僅限于運行ML/AI。

        TI的Jacinto™7系列處理器正是這樣一款高度集成的SoC,芯片內部包括高性能計算、深度學習引擎、用于信號和圖像處理的專用加速器,符合功能安全ASIL-D/SIL-3標準。除了高級駕駛輔助系統(ADAS)之外,處理器還可以應用于機器人、機器視覺、雷達等領域。

        集成的專用加速器包括“C7x”新一代DSP內核,將TI行業領先的DSP和EVE內核結合到一起,并添加了矢量浮點計算功能,并支持向后兼容代碼。隨著邊緣人工智能的興起,DSP由于其基于哈佛架構,可以顯著提升矩陣運算效率,非常適合神經網絡計算加速。同時,新增的“MMA”深度學習加速器可在典型工作條件下,以低功率達到8 TOPS的計算性能。

        通用內核則包括了多核Arm Cortex-A72、Cortex-R5F以及8XE GE8430 GPU等。

        Jacinto 7系列的多核異構處理器架構設計,可以最大限度地針對任務進行選擇與優化,從而實現更好的性能提升及成本控制。另外,TI還將成熟的算法進行硬件化,加之半導體制程的演進,從而實現最佳的性價比和功耗比。比如TI的ISP,可以基于芯片內嵌的硬件加速單元自動實現寬動態調整、圖像金字塔縮放、立體深度視覺以及密集光流算法加速等等。

        Jacinto 7系列處理器提供了涉及硬件和軟件的全面安全解決方案,這是汽車和工業市場的重要關注點。Jacinto 7系列處理器使用經獨立功能安全評估機構(如TÜV SÜD)認證的硬件開發流程,針對ASIL-D功能進行了系統設計。而針對如今ADAS數據融合所帶來高帶寬多端口的新挑戰,Jacinto 7系列也集成了CSI-2等多路端口,可以保證同多路傳感器互聯并支持高帶寬數據需求。Jacinto 7系列同時集成了PCIe集線器和千兆以太網交換機,可以用于域控制器,從而實現更高水平的集成度。

        為了方便用戶進行開發,TI推出了TI-Edge-AI-Cloud,針對Jacinto處理器上AI推理的云工具評估并支持許多業界通用與流行的深度學習框架(包括TensorFlow Lite、ONNX Runtime、OpenGL ES等),幫助輕松編譯和部署模型并加速推理。

        除了視覺識別所常用的CNN之外,諸如預測性維護等邊緣人工智能場景需要的RNN,Jacinto 7處理器同樣也提供相應的支持。此外,TI的工業應用處理器SitaraTM系列,集成了Arm Cortex-A系列內核,同樣也可以通過Arm NN實現相對低算力要求的邊緣人工智能應用,諸如工業應用中的預測性維護等。

        從天馬行空到快速落地

        除了感知和決策,在執行環節,TI也有很多處理器、馬達驅動,還有各種模擬器件,這表明TI可以通過廣泛的產品組合為實現邊緣AI所需的關鍵方面提供支持。技術服務于人,作為一家擁有90年歷史的半導體公司,TI的秘訣即在于不斷研究社會生活的變化,洞察并滿足人們的需求,因之而不斷改變自己。

        在TI進入中國的這35年中,曾助力中國客戶一次次實現創新。在人工智能領域,Howard看到中國的發展在某些地方已經走在前面。比如4D成像雷達領域,國外還處在實驗室概念驗證階段,而國內車廠已提出量產的具體時間點。同時在智能工業、機器人、智能家居、醫療影像分析等市場中,中國客戶也都在積極地進行導入。有時Howard也會用中國客戶采用的創新來激勵他的美國同事們。

        TI在做產品定義的時候,會和一些客戶進行深度合作,使創新的需求體現在產品架構上,這其中不僅僅是滿足現有的使用,更重要的是共同預見未來的需求。中國客戶豐富的想像力,也使得來自中國的需求可以很快反映到TI下一代產品開發中,并且面向全球的創新產業。

        三十五年前,TI進入中國,在工業、消費、通信以及汽車等諸多市場中,同中國本土合作伙伴從零開始,共同創新。而今,隨著以人工智能及邊緣人工智能為代表的新基建項目開始擴展,TI同合作伙伴攜手,再次踏入全新領域,通過品類齊全的模擬和嵌入式處理系列產品、強大的本地制造及研發能力、遍布全國的產品分銷及銷售網絡,以解決邊緣人工智能帶來的新挑戰,滿足中國客戶產品設計的新要求。在TI,有著一批像Howard一樣的杰出工程師,懷著“芯向中國,科創世界”的愿景,努力通過半導體技術,讓世界變得更加美好。

        就在不久前,美的集團廚房和熱水器事業部同TI共同建立了“感知與交互聯合實驗室”,旨在幫助美的運用TI的毫米波雷達技術以及廣泛的模擬和嵌入式處理產品,加速美的廚熱家電應用的開發。Howard希望TI能夠幫助支持更多像美的這樣的公司將想法變為現實。

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