1956 年，當斯坦福的麥卡錫提出“人工智能”時，他一定(ding)沒有想到這個(ge)概念會在(zai)(zai)(zai)幾十年后的(de)中國(guo)如(ru)火如(ru)荼。人(ren)工(gong)智(zhi)能(neng)不(bu)僅僅在(zai)(zai)(zai)引發新的(de)產業革(ge)命方面(mian)被寄予厚望，更是融(rong)入(ru)到了每(mei)個(ge)人(ren)的(de)日常生活中，在(zai)(zai)(zai)觸發社會變革(ge)。事實上，2020 年 4 月(yue)，國(guo)家發改委在(zai)(zai)(zai)確(que)定(ding)新基建的(de) 3 個(ge)方面(mian)時，在(zai)(zai)(zai)信息基礎(chu)設施(shi)、融(rong)合基礎(chu)設施(shi)中均提及(ji)人(ren)工(gong)智(zhi)能(neng)，也只不(bu)過(guo)是把正(zheng)在(zai)(zai)(zai)發生的(de)變革(ge)明(ming)確(que)地(di)告(gao)知大眾(zhong)。
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(de)(de)最主要需求依然回到了性(xing)能(neng)、成本和功耗這 3 個芯(xin)片永恒(heng)的(de)(de)話題(ti)，而(er)且(qie)必須同時具備，產品(pin)才能(neng)勝出。此外由(you)于邊緣人(ren)工(gong)智(zhi)能(neng)產品(pin)的(de)(de)開發(fa)周期較短，迭代窗(chuang)口快速，因此友好的(de)(de)開發(fa)環境也很關(guan)鍵。
什么樣的(de)(de)(de)(de)邊(bian)緣(yuan)人(ren)(ren)工智能(neng)(neng)系統才(cai)是(shi)成功的(de)(de)(de)(de)?“精準感(gan)知(zhi)(zhi)，快速決(jue)策(ce)，人(ren)(ren)機協作，高效節(jie)能(neng)(neng)，安全(quan)可靠”，這是(shi)德州(zhou)儀器中國區嵌(qian)入(ru)式(shi)產品系統與應(ying)用總監 Howard Jiang 給出的(de)(de)(de)(de)答案(an)。眾所(suo)周知(zhi)(zhi)，感(gan)知(zhi)(zhi)、決(jue)策(ce)及執行是(shi)邊(bian)緣(yuan)人(ren)(ren)工智能(neng)(neng)的(de)(de)(de)(de) 3 個環節(jie)，而(er)且(qie)隨著邊(bian)緣(yuan)人(ren)(ren)工智能(neng)(neng)的(de)(de)(de)(de)發展，對于嵌(qian)入(ru)式(shi)的(de)(de)(de)(de)感(gan)知(zhi)(zhi)和決(jue)策(ce)技術的(de)(de)(de)(de)要(yao)求相比(bi)非人(ren)(ren)工智能(neng)(neng)時更嚴(yan)苛、更差(cha)異化。
感知——邊緣人工智能的數據來源
數據(ju)是邊緣人(ren)工智能的(de)(de)根本，而感(gan)知則是數據(ju)的(de)(de)來源。正如一個人(ren)不止需(xu)要(yao)眼睛來感(gan)覺世界，包括(kuo)耳朵等都是獲(huo)取自然世界的(de)(de)最重要(yao)器(qi)(qi)官(guan)，機器(qi)(qi)同樣需(xu)要(yao)耳聰目(mu)明，各(ge)種傳感(gan)器(qi)(qi)隨著技術(shu)發(fa)展應運(yun)而生。TI 推出的(de)(de)單芯片毫米波雷達，在許(xu)多(duo)應用場合可以規避了傳統攝像頭的(de)(de)弊端，同時支(zhi)持系統的(de)(de)多(duo)項數據(ju)融(rong)合，使得機器(qi)(qi)可以更好地獲(huo)取數據(ju)和對目(mu)標的(de)(de)精(jing)準(zhun)感(gan)知。
利用毫米(mi)波雷(lei)達的(de)收發，能夠以(yi)極高的(de)精度(du)測(ce)量其(qi)視(shi)野范圍內物體以(yi)及障礙(ai)物的(de)距離(li)和其(qi)相(xiang)對速(su)度(du)。與(yu)基于視(shi)覺(jue)和激光雷(lei)達的(de)傳(chuan)(chuan)感(gan)(gan)器(qi)相(xiang)比，毫米(mi)波傳(chuan)(chuan)感(gan)(gan)器(qi)的(de)一個重要優勢(shi)是不容(rong)易受雨、塵、煙(yan)、霧或霜等環境條(tiao)件影響。此外，毫米(mi)波傳(chuan)(chuan)感(gan)(gan)器(qi)可在完(wan)全黑暗中或在陽光直射下工作。這(zhe)些傳(chuan)(chuan)感(gan)(gan)器(qi)可直接安裝(zhuang)在無外透鏡、通風口或傳(chuan)(chuan)感(gan)(gan)器(qi)表(biao)面的(de)塑(su)料外殼后，非常(chang)堅固耐用，能滿(man)足防護等級 (IP) 69K 標(biao)準。
TI 的(de)單(dan)芯片毫米波雷(lei)達通過(guo) CMOS 制成(cheng)(cheng)工(gong)藝(yi)技(ji)術，實現了(le)傳統(tong)雷(lei)達所不具(ju)備的(de)高性價比優勢，同時結合了(le) ASIC 后(hou)端(duan)處(chu)理，可以(yi)直接降低 BOM 成(cheng)(cheng)本，減少產品(pin)尺寸，并(bing)且減少了(le)對于處(chu)理器的(de)依賴。基于 TI 毫米波設計產品(pin)的(de)體積是微型激光雷(lei)達測距(ju)儀的(de)三分(fen)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(neng)樓宇、醫療等(deng)(deng)領域。比如通(tong)過毫米波(bo)雷達與空(kong)調的結合，可以實現風隨(sui)人動、目標人體的姿態感知、自動開關等(deng)(deng)多項智能(neng)功能(neng)。而在(zai)其他應(ying)用中，如針對機械臂操作員的安(an)全(quan)監(jian)測(ce)、物流機器(qi)人/無人機避障(zhang)檢測(ce)、老人跌(die)倒等(deng)(deng)監(jian)測(ce)，毫米波(bo)雷達都(dou)擁有以往圖(tu)像傳感器(qi)所不具備(bei)的準確、快速感知等(deng)(deng)優勢， 同時滿足(zu)許多應(ying)用場(chang)合的數據(ju)脫敏要求(可以安(an)裝在(zai)臥室、衛生間等(deng)(deng)場(chang)合)。
除了毫米波雷達(da)之外，TI 還提供了溫度傳感器、DLP? 技術(shu)、 ToF 等廣(guang)泛(fan)的(de)產(chan)品，從而進一步豐富了機(ji)器與(yu)人的(de)交互途徑。
決策——邊緣人工智能的大腦
邊(bian)緣人工(gong)智(zhi)能(neng)(neng)設備需要(yao)一個(ge)聰明的“大(da)腦”來進行(xing)數(shu)據(ju)處理和決(jue)策。集(ji)成式(shi) SoC 通常是(shi)邊(bian)緣人工(gong)智(zhi)能(neng)(neng)中一個(ge)不(bu)錯(cuo)的選擇(ze)，因為(wei)除了容納能(neng)(neng)夠執(zhi)行(xing)深(shen)度學習推(tui)理的各種處理元(yuan)件(jian)外(wai)，SoC 還集(ji)成許(xu)多(duo)用于(yu)整(zheng)個(ge)嵌(qian)入(ru)式(shi)應用的必要(yao)組件(jian)。一些集(ji)成式(shi) SoC 包括(kuo)顯示、圖形、視(shi)頻加(jia)速和工(gong)業(ye)聯(lian)網功(gong)能(neng)(neng)，使(shi)單芯(xin)片解決(jue)方(fang)案的功(gong)能(neng)(neng)不(bu)僅限于(yu)運行(xing) ML/AI。
TI 的(de) Jacinto? 7 系列處理器(qi)正是(shi)這樣一款(kuan)高(gao)度集(ji)成的(de) SoC，芯片內(nei)部包括高(gao)性能(neng)計(ji)算、深(shen)度學習引(yin)擎、用(yong)于信號和(he)圖像(xiang)處理的(de)專(zhuan)用(yong)加(jia)速器(qi)，符合功能(neng)安全(quan) ASIL-D/SIL-3 標準。除了高(gao)級駕駛輔助系統(tong) (ADAS) 之外，處理器(qi)還可以應用(yong)于機器(qi)人、機器(qi)視(shi)覺、雷達等(deng)領域。
集成的專用加速器(qi)包(bao)括 “C7x” 新一代 DSP 內(nei)核(he)將 TI 行業領先的 DSP 和 EVE 內(nei)核(he)結合到一起，并(bing)添加了矢(shi)量浮點計算功(gong)能(neng)，并(bing)支持向后兼(jian)容代碼。隨著邊(bian)緣人工智能(neng)的興起，DSP 由于其基于哈佛架構(gou)，可以(yi)顯著提升矩(ju)陣運算效率，非常適合神(shen)經網絡計算加速。同(tong)時，新增的 “MMA” 深(shen)度學習加速器(qi)使在典型(xing)工作條件下，以(yi)低功(gong)率達到 8TOPS 的計算性能(neng)。
通用內核則包括了多核 Arm Cortex-A72、Cortex-R5F 以及(ji) 8XE GE8430 GPU 等。
Jacinto 7 系列的(de)(de)(de)多核異(yi)構處理器架構設計，可以(yi)最(zui)大限度(du)地針對任務進(jin)(jin)行(xing)選(xuan)擇與優化，從而實(shi)現(xian)更好的(de)(de)(de)性(xing)(xing)能提(ti)升(sheng)及(ji)成本下降。另(ling)外，TI 還將成熟的(de)(de)(de)算(suan)法進(jin)(jin)行(xing)硬件(jian)化，加之(zhi)半導體制(zhi)程的(de)(de)(de)演進(jin)(jin)，從而實(shi)現(xian)最(zui)佳的(de)(de)(de)性(xing)(xing)價比(bi)和(he)功耗比(bi)。比(bi)如 TI 的(de)(de)(de) ISP，可以(yi)基于芯片內嵌(qian)的(de)(de)(de)硬件(jian)加速單元自動(dong)(dong)實(shi)現(xian)寬動(dong)(dong)態調整、圖像(xiang)金字塔縮放、立體深度(du)視覺(jue)以(yi)及(ji)密集光流算(suan)法加速等等。
Jacinto 7 系列(lie)處(chu)理器(qi)(qi)提供了(le)涉(she)及硬(ying)件(jian)(jian)和軟件(jian)(jian)的(de)全面安全解決方案，這是汽車和工(gong)業市場的(de)重要關(guan)注點。Jacinto 7 系列(lie)處(chu)理器(qi)(qi)使用經獨立(li)功能(neng)安全評估機構(如 TüV SüD)認證的(de)硬(ying)件(jian)(jian)開發流程(cheng)針對 ASIL-D 功能(neng)進行了(le)系統設計(ji)。而(er)針對如今 ADAS 數據融合所帶來高(gao)帶寬多(duo)端口(kou)的(de)新(xin)挑戰，Jacinto 7 系列(lie)也集成了(le) CSI-2 等多(duo)路端口(kou)，可(ke)(ke)以保證同多(duo)路傳(chuan)感(gan)器(qi)(qi)互(hu)聯(lian)并支持高(gao)帶寬數據需(xu)求(qiu)。Jacinto 7 系列(lie)同時集成了(le) PCIe 集線器(qi)(qi)和千兆以太網交換機，可(ke)(ke)以用于域控制器(qi)(qi)，從而(er)實現更高(gao)水(shui)平的(de)集成度。
為(wei)了(le)方(fang)便用戶進行(xing)開(kai)發，TI 推出了(le) TI-Edge-AI-Cloud，針對 Jacinto 處理器上(shang) AI 推理的云(yun)工具(ju)評估并支持許多業界通用與流行(xing)的深度學(xue)習(xi)框架(包(bao)括(kuo) TensorFlow Lite、ONNX Runtime、OpenGL ES 等(deng))，輕松編譯(yi)和部署模(mo)型(xing)并加速推理。
除了(le)視覺(jue)識別所常(chang)用(yong)的(de) CNN 之外(wai)(wai)，諸如預測性(xing)維護等邊緣人(ren)工(gong)智能(neng)場景需(xu)要(yao) RNN，Jacinto 7 處(chu)(chu)理器同(tong)樣也提供相應的(de)支持。此外(wai)(wai)，TI 的(de)工(gong)業應用(yong)處(chu)(chu)理器 Sitara 系列(lie)，集成了(le) Arm Cortex-A 系列(lie)內核，同(tong)樣也可(ke)以通過 Arm NN 實現(xian)相對(dui)低算(suan)力要(yao)求的(de)邊緣人(ren)工(gong)智能(neng)應用(yong)，諸如工(gong)業應用(yong)中的(de)預測性(xing)維護等。
從天馬行空到快速落地
除了感知(zhi)和(he)決策，在執行環節，TI 也有(you)很多處(chu)理(li)器、馬達驅動，還有(you)各種模擬器件，這(zhe)表(biao)明 TI 可以通(tong)過廣泛的產(chan)品組合為實現邊緣 AI 所需(xu)(xu)的關鍵(jian)方面(mian)提供支(zhi)持(chi)。技術服(fu)務于人(ren)，作為一家擁有(you) 90 年歷(li)史的半導體公司，TI 的秘訣即在于不(bu)斷研(yan)究社會生活(huo)的變化，洞察并滿足人(ren)們的需(xu)(xu)求(qiu)，因之而不(bu)斷改變自己。
在(zai) TI 進入中(zhong)(zhong)國的(de)(de)這 35 年(nian)中(zhong)(zhong)，曾助(zhu)力(li)中(zhong)(zhong)國客(ke)(ke)戶(hu)一次(ci)次(ci)實現創新。在(zai)人工智能(neng)(neng)領(ling)域，Howard 看到中(zhong)(zhong)國的(de)(de)發(fa)展在(zai)某些地方已經走在(zai)前面。比如 4D 成(cheng)像(xiang)(xiang)雷達(da)領(ling)域，國外還處(chu)在(zai)實驗室概念驗證階段，而國內(nei)車廠已提出量(liang)產的(de)(de)具體時(shi)間點(dian)。同(tong)(tong)時(shi)在(zai)智能(neng)(neng)工業、機(ji)器人、智能(neng)(neng)家居(ju)、醫療影(ying)像(xiang)(xiang)分(fen)析等(deng)市場中(zhong)(zhong)，中(zhong)(zhong)國客(ke)(ke)戶(hu)也(ye)(ye)都在(zai)積極地進行導入。有時(shi) Howard 也(ye)(ye)會用中(zhong)(zhong)國客(ke)(ke)戶(hu)采用的(de)(de)創新來激勵他的(de)(de)美國同(tong)(tong)事們。
TI 在做產(chan)品(pin)定義(yi)的(de)(de)時(shi)候，會和一些客戶(hu)進行(xing)深度(du)合(he)作(zuo)，使有(you)創新(xin)的(de)(de)需(xu)求(qiu)(qiu)體現(xian)在產(chan)品(pin)架構(gou)上，這其中(zhong)不(bu)僅(jin)僅(jin)是滿足現(xian)有(you)的(de)(de)使用，更(geng)重要的(de)(de)是共同預見未來(lai)的(de)(de)需(xu)求(qiu)(qiu)。中(zhong)國客戶(hu)豐(feng)富的(de)(de)想像(xiang)力(li)，也使得來(lai)自中(zhong)國的(de)(de)需(xu)求(qiu)(qiu)可以很快反(fan)映到 TI 下一代(dai)產(chan)品(pin)開發中(zhong)，并(bing)且面向全球的(de)(de)創新(xin)產(chan)業(ye)。
三十五年前，TI 進入(ru)中(zhong)(zhong)(zhong)國(guo)(guo)(guo)，在工(gong)(gong)(gong)業、消(xiao)費、通(tong)信以及汽(qi)車等諸多市場(chang)中(zhong)(zhong)(zhong)，同中(zhong)(zhong)(zhong)國(guo)(guo)(guo)本土合(he)作(zuo)伙伴(ban)從零(ling)開(kai)(kai)始，共同創新(xin)(xin)。而今，隨著以人(ren)工(gong)(gong)(gong)智能及邊(bian)(bian)緣人(ren)工(gong)(gong)(gong)智能為代(dai)表的新(xin)(xin)基(ji)建項目開(kai)(kai)始擴展，TI 同合(he)作(zuo)伙伴(ban)攜手，再次踏入(ru)全新(xin)(xin)領(ling)域，通(tong)過(guo)品(pin)類齊全的模擬和(he)嵌入(ru)式(shi)處理系列產品(pin)、強(qiang)大的本地制造(zao)及研發能力(li)、遍(bian)布全國(guo)(guo)(guo)的產品(pin)分銷及銷售(shou)網絡，以解決邊(bian)(bian)緣人(ren)工(gong)(gong)(gong)智能帶來的新(xin)(xin)挑戰，滿足中(zhong)(zhong)(zhong)國(guo)(guo)(guo)客戶產品(pin)設(she)計的新(xin)(xin)要(yao)求。在 TI，有著一批像 Howard 一樣的杰出工(gong)(gong)(gong)程師，懷著“芯向中(zhong)(zhong)(zhong)國(guo)(guo)(guo)，科創世界”的愿景，努力(li)通(tong)過(guo)半導體(ti)技術，讓世界變(bian)得更加美好(hao)。
就在不久(jiu)前，美(mei)的(de)集團廚(chu)房和熱水器事業部同(tong) TI 共同(tong)建立了“感知與(yu)交互聯合實驗室”，旨(zhi)在幫(bang)助(zhu)美(mei)的(de)運(yun)用 TI 的(de)毫米波雷達(da)技術以及廣泛的(de)模擬(ni)和嵌入式處理產品，加速美(mei)的(de)廚(chu)熱家電應(ying)用的(de)開發(fa)。Howard 希望 TI 能夠幫(bang)助(zhu)支持更多像美(mei)的(de)這樣的(de)公司將(jiang)想法變為現(xian)實。
資訊(xun)來源：德州儀器
