6月20日，中星微“數(shù)字多媒體芯片技術”國家重點實驗室在京宣布，中國首款嵌入式NPU（神經(jīng)網(wǎng)絡處理器）芯片誕生，目前已應用于全球首款嵌入式視頻處理芯片“星光智能一號”。
該實驗室執(zhí)行主任張韻東表示，這標志著我國在NPU領域的研究和開發(fā)上取得了重大突破；在基于“數(shù)據(jù)驅動并行計算”架構的深度學習人工智能領域達到國際先進水平；使我國視頻監(jiān)控行業(yè)發(fā)展由模擬時代、數(shù)字時代跨入智能時代，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化并促進整體水平提升，確立了全球領先地位。
AlphGo下盤棋花電費3000美元
近年來，人工智能逐漸從科幻電影走向現(xiàn)實生活，在其發(fā)展歷程中，兩次著名的“人機大戰(zhàn)”成為重要里程碑。1997年，IBM的超級計算機“深藍”擊敗國際象棋世界冠軍；今年3月，谷歌的“AlphGo”以4勝1負的成績戰(zhàn)勝了圍棋世界冠軍。
“圍棋比國際象棋復雜200多個數(shù)量級。”數(shù)字多媒體芯片技術國家重點實驗室執(zhí)行主任張韻東表示，“深藍”是憑借超級計算機運算能力的“蠻力”戰(zhàn)勝了人類，“AlphGo”則是依靠模仿人腦的深度學習神經(jīng)網(wǎng)絡擊敗人類。
這一結果讓人震撼，甚至有人擔憂，電影里“終結者”是否很快會進入我們的生活？
張韻東認為，“人機大戰(zhàn)”只是科學實驗，如此高級的人工智能離普通人的生活還有一定距離。他介紹，“深藍”的質量達到1.27噸，擁有32個CPU；“AlphGo”運行在龐大服務器集群里，下一盤棋光電費就要花掉3000美元。即使是手機里的蘋果、微軟等語音識別軟件，所有的運算、識別也必須在后臺進行。
將深度學習系統(tǒng)做到小型化，用在嵌入式系統(tǒng)中，這是中星微國家重點實驗室多年來努力解決的問題。其此次發(fā)布的，正是我國首款具有深度學習功能的嵌入式NPU，其已于今年三月成功量產(chǎn)。
極大提升計算能力與功耗之比
此次推出的NPU，是中星微國家重點實驗室為深度學習算法專門設計的處理器。
張韻東介紹，深度學習源于對生物人腦機理的仿生學研究，其實質是建立多層次感知層模型，從底層到高層進行識別和智能分析。與傳統(tǒng)算法最大的不同，是它能像人腦一樣學習知識。
卷積神經(jīng)網(wǎng)絡（CNN）是深度學習的重要分支，是目前機器視覺人工智能領域的研究熱點。張韻東說，CNN算法需要處理海量數(shù)據(jù)和運算，傳統(tǒng)的馮諾依曼架構CPU，在面對這種類型數(shù)據(jù)運算時已經(jīng)力不從心。而其他傳統(tǒng)處理器中，信號處理器DSP同樣無法高效處理大量并行運算；圖形處理器GPU是為三維圖形設計，用于CNN算法功耗高、成本高，且不適合嵌入環(huán)境；可編程門陣列FPGA能靈活實現(xiàn)各種算法架構，但一般用于算法原型機的驗證，同樣存在功耗高、價格高問題。
IBM、高通、谷歌等國外公司都推出了的自己的神經(jīng)網(wǎng)絡處理器，中科院在這方面也開展了研究。為此，中星微針對CNN算法和特點進行了專門設計，徹底顛覆了馮諾依曼架構，而采用全新的數(shù)據(jù)驅動并行運算架構，研發(fā)的數(shù)據(jù)流類型NPU極大提升了計算能力與功耗之比，擅長處理海量視頻、圖像類多媒體數(shù)據(jù)，能使人工智能在嵌入式機器視覺應用中大顯身手。
給“眼睛”加上“大腦”
目前，中星微NPU其已成功集成到“星光智能一號”中，在視頻監(jiān)控領域實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。
“如果說原來的視頻處理芯片相當于眼睛，加上NPU以后就擁有了大腦。”張韻東說，“星光智能一號”包含視頻信號處理、視頻壓縮編碼模塊以及神經(jīng)網(wǎng)絡處理器，是全球首顆具有如此集成度的深度學習系統(tǒng)級芯片。
視頻監(jiān)控領域對智能識別有著強烈需求。張韻東介紹，此前的技術主要存在兩方面局限，一是識別準確度不高；二是傳統(tǒng)技術需要先把海量視頻數(shù)據(jù)傳到后臺，再在后臺進行識別，無法實時得到結果。而使用了深度學習的機器視覺，對人臉識別的準確率可達98%；在嵌入人工智能后，可以當場識別，只把有用的信息傳回來。
在幾年前轟動全國的周克華案件中，案犯在南京被拍到，公安干警將視頻信息拷貝分發(fā)給數(shù)千人的團隊，對著每個攝像頭進行比對，但周克華仍逃到重慶，直到再次作案后才被抓獲。“如果當時有‘星光智能一號’技術，罪犯走到哪里都會被智能識別，很快就會有線索傳回來。”張韻東說。除了實時搜索，該技術還能將已經(jīng)拍攝的信息存在碼流中，需要時可以隨時根據(jù)特征檢索，或是用“以圖搜圖”的方式，用一張圖把類似的圖全找出來。
除了視頻監(jiān)控領域，“星光智能一號”還能用于汽車無人駕駛或智能輔助，無人機自動拍攝、跟蹤、避障，智能機器人理解合成語言、娛樂和陪護等方面。張韻東表示，下一步將不斷探索更加接近生物人腦的工作機理方式，開發(fā)更低功耗、更高運算性能的新一代NPU。