1956 年，當斯坦福的麥卡錫提出“人工智能”時，他(ta)一定沒有(you)想到這個概念會(hui)在(zai)幾(ji)十年后(hou)的中國如火如荼(tu)。人(ren)工智能不僅僅在(zai)引發(fa)新的產業革命方面(mian)被寄予厚望，更是(shi)(shi)融(rong)入到了每個人(ren)的日(ri)常生活中，在(zai)觸(chu)發(fa)社會(hui)變革。事(shi)實上，2020 年 4 月，國家(jia)發(fa)改委(wei)在(zai)確定新基建的 3 個方面(mian)時，在(zai)信息(xi)基礎設施、融(rong)合基礎設施中均提及(ji)人(ren)工智能，也只不過是(shi)(shi)把正在(zai)發(fa)生的變革明確地告知大(da)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(zui)主要需求(qiu)依然回到了性能、成本(ben)和功耗(hao)這(zhe) 3 個芯(xin)片(pian)永恒的話題，而且(qie)必須同時(shi)具備(bei)，產品才能勝出。此外由于(yu)邊緣人工智能產品的開發周(zhou)期較短，迭代窗(chuang)口快速(su)，因此友好的開發環境也很關鍵。
什么樣的(de)(de)(de)邊緣人工(gong)智能(neng)(neng)系統才是成功的(de)(de)(de)?“精準感(gan)知(zhi)，快(kuai)速決(jue)策(ce)，人機(ji)協作，高效(xiao)節(jie)能(neng)(neng)，安全可靠”，這(zhe)是德州(zhou)儀器中國區嵌(qian)入(ru)式產品系統與應用總監 Howard Jiang 給出的(de)(de)(de)答案。眾所(suo)周知(zhi)，感(gan)知(zhi)、決(jue)策(ce)及(ji)執行是邊緣人工(gong)智能(neng)(neng)的(de)(de)(de) 3 個(ge)環節(jie)，而且隨著邊緣人工(gong)智能(neng)(neng)的(de)(de)(de)發展(zhan)，對于嵌(qian)入(ru)式的(de)(de)(de)感(gan)知(zhi)和決(jue)策(ce)技術的(de)(de)(de)要求相比非人工(gong)智能(neng)(neng)時更嚴苛、更差異化(hua)。
感知——邊緣人工智能的數據來源
數(shu)據(ju)是(shi)邊緣人(ren)工智能的根本，而(er)(er)感(gan)知則(ze)是(shi)數(shu)據(ju)的來源(yuan)。正如一個人(ren)不止需(xu)要眼睛來感(gan)覺世(shi)界，包括耳朵等都是(shi)獲取(qu)自(zi)然世(shi)界的最重要器官(guan)，機器同樣需(xu)要耳聰目(mu)明，各種傳感(gan)器隨(sui)著技(ji)術發展應(ying)運而(er)(er)生。TI 推出(chu)的單芯片毫米(mi)波雷(lei)達，在許多應(ying)用場合可以規避了傳統攝像頭的弊端，同時支持系統的多項(xiang)數(shu)據(ju)融合，使得機器可以更好地(di)獲取(qu)數(shu)據(ju)和對目(mu)標的精準感(gan)知。
利用(yong)毫(hao)米(mi)波(bo)雷達的(de)收發(fa)，能夠以(yi)極高的(de)精(jing)度(du)測量其(qi)視野范圍內物體以(yi)及障礙物的(de)距(ju)離和(he)其(qi)相對速(su)度(du)。與基(ji)于視覺和(he)激(ji)光雷達的(de)傳感(gan)(gan)器(qi)相比，毫(hao)米(mi)波(bo)傳感(gan)(gan)器(qi)的(de)一個重要(yao)優勢(shi)是(shi)不(bu)容易受(shou)雨(yu)、塵(chen)、煙、霧或(huo)霜等(deng)環(huan)境條件影(ying)響。此外，毫(hao)米(mi)波(bo)傳感(gan)(gan)器(qi)可在完全(quan)黑暗中(zhong)或(huo)在陽光直射下工作。這些傳感(gan)(gan)器(qi)可直接(jie)安裝(zhuang)在無外透(tou)鏡、通(tong)風口或(huo)傳感(gan)(gan)器(qi)表面的(de)塑料外殼(ke)后，非常(chang)堅(jian)固(gu)耐用(yong)，能滿足防護等(deng)級 (IP) 69K 標(biao)準。
TI 的單芯片毫米波(bo)雷(lei)達(da)(da)通過 CMOS 制(zhi)成(cheng)工藝(yi)技術，實現了(le)傳(chuan)統雷(lei)達(da)(da)所(suo)不具備(bei)的高性價比優(you)勢，同(tong)時結合了(le) ASIC 后(hou)端(duan)處(chu)理，可以直接降低(di) BOM 成(cheng)本，減少產品尺寸，并且減少了(le)對于(yu)處(chu)理器的依賴。基于(yu) TI 毫米波(bo)設(she)計產品的體(ti)積是(shi)微(wei)型激光雷(lei)達(da)(da)測距(ju)儀的三分之一，重量是(shi)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(neng)樓宇(yu)、醫(yi)療(liao)等(deng)(deng)領域。比(bi)如(ru)通過毫米(mi)波(bo)雷達與(yu)空(kong)調的(de)(de)結合，可以實現風(feng)隨人動、目標人體的(de)(de)姿態(tai)感(gan)知(zhi)、自動開關(guan)等(deng)(deng)多項智能(neng)功(gong)能(neng)。而在其(qi)他應(ying)用中，如(ru)針(zhen)對機械臂操作(zuo)員(yuan)的(de)(de)安全監測、物流機器人/無人機避障檢測、老人跌倒(dao)等(deng)(deng)監測，毫米(mi)波(bo)雷達都(dou)擁(yong)有以往圖像傳感(gan)器所(suo)不具備的(de)(de)準(zhun)確、快速感(gan)知(zhi)等(deng)(deng)優勢， 同(tong)時滿足許多應(ying)用場(chang)合的(de)(de)數(shu)據脫敏要求(可以安裝在臥室、衛生間等(deng)(deng)場(chang)合)。
除了毫米波雷達之外，TI 還(huan)提供(gong)了溫(wen)度傳感器(qi)、DLP? 技術(shu)、 ToF 等廣泛(fan)的(de)產品，從而(er)進(jin)一步豐富(fu)了機(ji)器(qi)與人的(de)交互(hu)途徑(jing)。
決策——邊緣人工智能的大腦
邊緣(yuan)人(ren)工(gong)智能(neng)設(she)備(bei)需要一(yi)個聰明的“大腦(nao)”來(lai)進行(xing)數據(ju)處(chu)理(li)(li)和決策。集(ji)成(cheng)式(shi) SoC 通常是邊緣(yuan)人(ren)工(gong)智能(neng)中一(yi)個不錯的選擇，因為除了容納(na)能(neng)夠執(zhi)行(xing)深(shen)度(du)學習推理(li)(li)的各(ge)種(zhong)處(chu)理(li)(li)元件外，SoC 還集(ji)成(cheng)許多用于整個嵌入式(shi)應用的必要組件。一(yi)些集(ji)成(cheng)式(shi) SoC 包括(kuo)顯示、圖形、視頻加速和工(gong)業聯(lian)網功(gong)能(neng)，使單芯片解決方案的功(gong)能(neng)不僅限于運行(xing) ML/AI。
TI 的 Jacinto? 7 系列(lie)處理器(qi)正是這樣(yang)一款高度集成(cheng)的 SoC，芯(xin)片內部包括高性(xing)能計算、深度學習引(yin)擎、用(yong)于信號和圖像(xiang)處理的專用(yong)加速器(qi)，符合功能安全 ASIL-D/SIL-3 標準(zhun)。除(chu)了高級駕駛輔(fu)助系統(tong) (ADAS) 之(zhi)外，處理器(qi)還可以應用(yong)于機器(qi)人、機器(qi)視覺、雷達等領域。
集成的(de)專(zhuan)用加(jia)速(su)器包括 “C7x” 新一(yi)代 DSP 內核將(jiang) TI 行業領先的(de) DSP 和 EVE 內核結合(he)到一(yi)起(qi)，并添加(jia)了矢(shi)量浮點計算功能(neng)，并支持向(xiang)后(hou)兼(jian)容代碼(ma)。隨著邊(bian)緣人工智能(neng)的(de)興起(qi)，DSP 由(you)于(yu)其基于(yu)哈佛架構(gou)，可(ke)以顯著提(ti)升(sheng)矩陣運算效率，非常(chang)適合(he)神(shen)經(jing)網絡計算加(jia)速(su)。同(tong)時，新增的(de) “MMA” 深度(du)學習(xi)加(jia)速(su)器使在典型工作條件下，以低功率達(da)到 8TOPS 的(de)計算性能(neng)。
通用內核則包括了多核 Arm Cortex-A72、Cortex-R5F 以(yi)及 8XE GE8430 GPU 等(deng)。
Jacinto 7 系列(lie)的(de)(de)多核異(yi)構(gou)處理(li)器架構(gou)設計，可以(yi)最大限度地針對任務進行(xing)選擇與(yu)優(you)化，從而(er)實現更好的(de)(de)性能提升及(ji)成本下降。另外，TI 還(huan)將(jiang)成熟的(de)(de)算(suan)法(fa)進行(xing)硬件(jian)化，加(jia)之半導體(ti)制程的(de)(de)演(yan)進，從而(er)實現最佳的(de)(de)性價比(bi)和功耗比(bi)。比(bi)如(ru) TI 的(de)(de) ISP，可以(yi)基于芯片(pian)內(nei)嵌的(de)(de)硬件(jian)加(jia)速單元自動實現寬動態調整、圖像金(jin)字塔縮放、立體(ti)深(shen)度視覺(jue)以(yi)及(ji)密(mi)集光流算(suan)法(fa)加(jia)速等(deng)(deng)等(deng)(deng)。
Jacinto 7 系(xi)列(lie)(lie)處(chu)理器(qi)(qi)提供了涉及硬(ying)件(jian)和(he)軟件(jian)的(de)(de)全面安全解決(jue)方案，這是汽車和(he)工業市場的(de)(de)重要關注點。Jacinto 7 系(xi)列(lie)(lie)處(chu)理器(qi)(qi)使用(yong)經(jing)獨(du)立(li)功能安全評估機(ji)構(如 TüV SüD)認證的(de)(de)硬(ying)件(jian)開發(fa)流程針(zhen)對(dui) ASIL-D 功能進行了系(xi)統設計。而針(zhen)對(dui)如今 ADAS 數據融合所帶(dai)來高(gao)(gao)帶(dai)寬多端口的(de)(de)新挑戰(zhan)，Jacinto 7 系(xi)列(lie)(lie)也集(ji)成了 CSI-2 等多路端口，可以(yi)保證同多路傳感器(qi)(qi)互聯并(bing)支持(chi)高(gao)(gao)帶(dai)寬數據需求。Jacinto 7 系(xi)列(lie)(lie)同時集(ji)成了 PCIe 集(ji)線(xian)器(qi)(qi)和(he)千兆以(yi)太網(wang)交換(huan)機(ji)，可以(yi)用(yong)于域控制器(qi)(qi)，從而實現更高(gao)(gao)水平的(de)(de)集(ji)成度。
為(wei)了方便用戶進行(xing)開發，TI 推(tui)出(chu)了 TI-Edge-AI-Cloud，針對 Jacinto 處理器上(shang) AI 推(tui)理的云工具評(ping)估(gu)并支持許多業界通(tong)用與流行(xing)的深度(du)學習(xi)框架(jia)(包(bao)括 TensorFlow Lite、ONNX Runtime、OpenGL ES 等)，輕(qing)松編譯和部(bu)署模型(xing)并加速推(tui)理。
除了視覺識別所常(chang)用(yong)的(de) CNN 之(zhi)外，諸(zhu)如(ru)預測性(xing)維護等(deng)邊緣(yuan)人工智能場景需要 RNN，Jacinto 7 處(chu)(chu)理器同樣也(ye)提(ti)供相應(ying)的(de)支持。此外，TI 的(de)工業應(ying)用(yong)處(chu)(chu)理器 Sitara 系列，集(ji)成了 Arm Cortex-A 系列內核，同樣也(ye)可(ke)以通過(guo) Arm NN 實現相對低算(suan)力要求的(de)邊緣(yuan)人工智能應(ying)用(yong)，諸(zhu)如(ru)工業應(ying)用(yong)中的(de)預測性(xing)維護等(deng)。
從天馬行空到快速落地
除(chu)了感知和決策，在執行(xing)環節(jie)，TI 也有(you)很多處(chu)理(li)器、馬達驅動(dong)，還有(you)各種模擬器件，這表明 TI 可以通過廣泛的(de)產品組合為實現邊緣 AI 所(suo)需(xu)的(de)關鍵方面(mian)提供(gong)支持。技術服(fu)務于人，作為一家擁有(you) 90 年歷史的(de)半導體公(gong)司，TI 的(de)秘訣即在于不斷研(yan)究社會(hui)生(sheng)活的(de)變化，洞察(cha)并(bing)滿足人們(men)的(de)需(xu)求，因之(zhi)而不斷改(gai)變自己(ji)。
在 TI 進入(ru)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)國(guo)(guo)(guo)的(de)(de)(de)這 35 年中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)，曾(ceng)助力(li)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)國(guo)(guo)(guo)客(ke)戶一次(ci)(ci)次(ci)(ci)實現創(chuang)新。在人工智能(neng)領域(yu)，Howard 看(kan)到(dao)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)國(guo)(guo)(guo)的(de)(de)(de)發展在某些(xie)地方已(yi)經(jing)走在前面(mian)。比如 4D 成(cheng)像(xiang)雷達領域(yu)，國(guo)(guo)(guo)外還(huan)處在實驗室概(gai)念驗證階段，而國(guo)(guo)(guo)內(nei)車廠已(yi)提出量產的(de)(de)(de)具體時間點(dian)。同(tong)時在智能(neng)工業(ye)、機器人、智能(neng)家居(ju)、醫療影(ying)像(xiang)分析(xi)等市(shi)場中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)，中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)國(guo)(guo)(guo)客(ke)戶也都在積極地進行導入(ru)。有時 Howard 也會用中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)國(guo)(guo)(guo)客(ke)戶采(cai)用的(de)(de)(de)創(chuang)新來激勵他(ta)的(de)(de)(de)美國(guo)(guo)(guo)同(tong)事們。
TI 在做產(chan)品(pin)(pin)定義的時候，會(hui)和(he)一(yi)(yi)些客(ke)戶進行深度合作(zuo)，使有(you)創新(xin)的需(xu)(xu)(xu)求體現在產(chan)品(pin)(pin)架構上(shang)，這其中(zhong)不僅僅是滿足現有(you)的使用，更重(zhong)要(yao)的是共(gong)同預見未來的需(xu)(xu)(xu)求。中(zhong)國(guo)客(ke)戶豐富的想像力，也使得來自中(zhong)國(guo)的需(xu)(xu)(xu)求可以(yi)很快反(fan)映到 TI 下一(yi)(yi)代產(chan)品(pin)(pin)開(kai)發中(zhong)，并且(qie)面向(xiang)全球的創新(xin)產(chan)業。
三十五年前，TI 進(jin)入中(zhong)(zhong)(zhong)國(guo)(guo)，在(zai)(zai)工(gong)(gong)業、消費、通信以及(ji)汽車等(deng)諸多市場中(zhong)(zhong)(zhong)，同(tong)中(zhong)(zhong)(zhong)國(guo)(guo)本土合作伙(huo)伴(ban)從(cong)零開(kai)始(shi)，共同(tong)創(chuang)新(xin)。而今，隨著(zhu)以人工(gong)(gong)智(zhi)能(neng)及(ji)邊(bian)緣(yuan)人工(gong)(gong)智(zhi)能(neng)為代表的(de)新(xin)基建項目開(kai)始(shi)擴展，TI 同(tong)合作伙(huo)伴(ban)攜手，再(zai)次踏(ta)入全(quan)新(xin)領(ling)域(yu)，通過品(pin)(pin)類齊全(quan)的(de)模擬和(he)嵌入式處理系列產品(pin)(pin)、強(qiang)大的(de)本地制(zhi)造及(ji)研發能(neng)力、遍布全(quan)國(guo)(guo)的(de)產品(pin)(pin)分(fen)銷及(ji)銷售(shou)網絡(luo)，以解決邊(bian)緣(yuan)人工(gong)(gong)智(zhi)能(neng)帶(dai)來的(de)新(xin)挑戰，滿足中(zhong)(zhong)(zhong)國(guo)(guo)客戶產品(pin)(pin)設計的(de)新(xin)要求(qiu)。在(zai)(zai) TI，有著(zhu)一批(pi)像(xiang) Howard 一樣的(de)杰出(chu)工(gong)(gong)程師，懷著(zhu)“芯向中(zhong)(zhong)(zhong)國(guo)(guo)，科創(chuang)世界(jie)”的(de)愿(yuan)景，努(nu)力通過半導(dao)體技術，讓世界(jie)變得更加美好。
就在(zai)不久前，美(mei)的(de)集(ji)團廚(chu)房和熱水器事業部同 TI 共(gong)同建立了“感知與(yu)交(jiao)互聯合實驗室”，旨在(zai)幫助(zhu)美(mei)的(de)運用 TI 的(de)毫米波雷(lei)達技術以及廣泛的(de)模擬和嵌入式處理(li)產品，加(jia)速美(mei)的(de)廚(chu)熱家電應用的(de)開發。Howard 希望 TI 能夠(gou)幫助(zhu)支(zhi)持更(geng)多像美(mei)的(de)這樣的(de)公司將(jiang)想(xiang)法變(bian)為(wei)現(xian)實。
資訊(xun)來源(yuan)：德州(zhou)儀器
