神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)用于智能工廠和機(jī)器人的機(jī)會(huì)與挑戰(zhàn)

1   神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)用于智能工廠和機(jī)器人的應(yīng)用場(chǎng)景

Imagination 關(guān)注應(yīng)用人工智能（AI），特別是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來(lái)應(yīng)對(duì)智能工廠和機(jī)器人應(yīng)用場(chǎng)景這一嵌入式系統(tǒng)新趨勢(shì)。隨著自動(dòng)化程度的提高，對(duì)嵌入式系統(tǒng)的需求不斷增加，過(guò)去微控制器（MCU）和基礎(chǔ)處理器能夠滿足對(duì)嵌入式系統(tǒng)的需求，而現(xiàn)在整個(gè)世界正在發(fā)生變化。我們所處的世界正向著全自動(dòng)化邁進(jìn)，以實(shí)現(xiàn)更高的生產(chǎn)率和安全性，智能工廠、工業(yè)機(jī)器人、數(shù)字孿生等概念，以及軟件定義環(huán)境，甚至“元宇宙”等來(lái)自科幻小說(shuō)的概念，都變得越來(lái)越受關(guān)注。元宇宙環(huán)境首先是在軟件中進(jìn)行模擬，然后通過(guò)重新編程和優(yōu)化來(lái)適配現(xiàn)實(shí)世界。通過(guò)利用遠(yuǎn)程訓(xùn)練，工廠車間中從傳感器到最終組裝和物流的工作流程可以由“會(huì)思考的機(jī)器”和越來(lái)越智能的系統(tǒng)來(lái)運(yùn)行。這樣可以優(yōu)化生產(chǎn)率和安全性，但是也依賴于不斷提升的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算能力。Imagination 設(shè)計(jì)用于AI 芯片的知識(shí)產(chǎn)權(quán)（IP），可以應(yīng)對(duì)這些新挑戰(zhàn)甚至更高的目標(biāo)，因此對(duì)設(shè)計(jì)人員、開(kāi)發(fā)人員和工程師而言，就不存在任何限制了。他們現(xiàn)在可以去實(shí)現(xiàn)自己的夢(mèng)想。我們先進(jìn)的GPU 設(shè)計(jì)具有虛擬化和并行編程功能，可在極小面積、極低延遲且節(jié)省功耗和帶寬的情況下處理復(fù)雜的計(jì)算挑戰(zhàn)。這些可擴(kuò)展的設(shè)計(jì)可以將算力從Gigaflops（每秒10 億次浮點(diǎn)運(yùn)算）級(jí)別擴(kuò)展至Teraflops（每秒萬(wàn)億次浮點(diǎn)運(yùn)算）級(jí)別，因此從注重面積效率的最小嵌入式系統(tǒng)到桌面和數(shù)據(jù)中心級(jí)別的各類需求，其皆可滿足。隨著AI 和萬(wàn)物互聯(lián)趨勢(shì)的發(fā)展，其中的每個(gè)設(shè)備都可以互相交流并實(shí)現(xiàn)智能化，我們的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)IP 旨在為嵌入式系統(tǒng)中的智能代理（intelligent agent）找到新的應(yīng)用機(jī)會(huì)。這不僅適用于工廠內(nèi)部的工業(yè)用途，也可以用于智慧城市、智慧醫(yī)院、智慧辦公室和智慧教育機(jī)構(gòu)的一系列系統(tǒng)。它還可用于在倉(cāng)庫(kù)或配送中心搬運(yùn)貨物的托盤(pán)機(jī)器人的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)控制。這些用途也可以從倉(cāng)庫(kù)機(jī)器人延伸至自動(dòng)駕駛汽車的控制能力。

Imagination Technologies人工智能高級(jí)總監(jiān)Andrew Grant

2   工程師或研發(fā)人員遇到的挑戰(zhàn)

當(dāng)前，先進(jìn)的公司正在探索這些AI 場(chǎng)景，并設(shè)想它們?cè)谖磥?lái)會(huì)需要什么。我們已經(jīng)在自己的研發(fā)實(shí)驗(yàn)室中找到了答案，我們可以展示這些能力，它們正在被構(gòu)建于現(xiàn)今的系統(tǒng)級(jí)芯片（SoC）中，并且未來(lái)將會(huì)被更多SoC 所采用。智慧工廠、智慧倉(cāng)庫(kù)、智慧工作場(chǎng)所、智慧城市等場(chǎng)景帶來(lái)了許多當(dāng)下需要規(guī)劃和把握的機(jī)會(huì)。Imagination 全球領(lǐng)先的技術(shù)可以快速實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，同時(shí)降低風(fēng)險(xiǎn)、縮短上市時(shí)間并最大限度地發(fā)揮差異化的生產(chǎn)率優(yōu)勢(shì)。然而，對(duì)于工程師和開(kāi)發(fā)人員來(lái)說(shuō)，在前進(jìn)的道路上仍有一些挑戰(zhàn)和障礙，我們也可以一并幫他們克服和清除。首先，必須要看得更高、更遠(yuǎn)、更廣，既要考慮現(xiàn)在的市場(chǎng)需要什么，也要考慮5 年后的市場(chǎng)需要什么。其次，我們創(chuàng)建了軟件工具和離線工作流程，可以支持客戶輕松轉(zhuǎn)換自己的AI 模型并將它們輕松部署至節(jié)能的邊緣設(shè)備上。無(wú)論使用哪種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)框架， 如PyTorch、Paddle Paddle 或Tensorflow，我們都可以幫助縮小模型尺寸，從而最小化硅面積并降低成本，同時(shí)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心的質(zhì)量性能——針對(duì)部署在邊緣的數(shù)據(jù)中心。我們的軟件工具可以幫助將網(wǎng)絡(luò)模型縮小至原來(lái)的1/2 到1/4；我們的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)加速器可以實(shí)現(xiàn)TOPS（每秒數(shù)萬(wàn)億次運(yùn)算）級(jí)別的算力，以提供最高的性能、低延遲和智能調(diào)度功能，所有這些可以在比針頭還小的硅面積上實(shí)現(xiàn)。

3   Imagination的解決方案

Imagination 擁有一系列可擴(kuò)展的IP，例如PowerVRGPU 這樣的節(jié)能、高性能的計(jì)算單元，可用于工業(yè)和人工智能物聯(lián)網(wǎng)（AIoT）應(yīng)用場(chǎng)景。舉例來(lái)說(shuō)，其中的BXE 系列內(nèi)核，可為人機(jī)界面（HMI）提供高像素填充率，還可以近乎線性擴(kuò)展的方式實(shí)現(xiàn)高效擴(kuò)展，以支持復(fù)雜的計(jì)算工作負(fù)載。我們的設(shè)計(jì)還包括全球領(lǐng)先且屢獲殊榮的IMG 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)加速器（NNA）系列，可用于邊緣AI 推理。這是一種可擴(kuò)展的IP，其尺寸可以小于1 mm²，但性能足夠強(qiáng)大，每秒可以運(yùn)行多個(gè)推理，單核可達(dá)到10 TOPS 的性能，多核可擴(kuò)展至更高的性能，在單位面積上實(shí)現(xiàn)性能的指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)。此外，我們擁有一系列軟件工具和成熟的編譯器，可以適配、調(diào)整和運(yùn)行大多數(shù)的現(xiàn)代神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和AI 框架，以滿足客戶的特定應(yīng)用場(chǎng)景?，F(xiàn)在，如果工程師們有夢(mèng)想，他們就可以實(shí)現(xiàn)它。

（本文來(lái)源于《電子產(chǎn)品世界》雜志2021年9月）