全球首個(gè)集成“大腦”和“眼睛”芯片誕生

　　中星微“數(shù)字多媒體芯片技術(shù)”國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室宣布，已研發(fā)成功了中國(guó)首款嵌入式神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理器(NPU)芯片，成為全球首顆具備深度學(xué)習(xí)人工智能的嵌入式視頻采集壓縮編碼系統(tǒng)級(jí)芯片，并取名“星光智能一號(hào)”。

　　在2008年北京奧運(yùn)會(huì)開(kāi)幕式上，10萬(wàn)觀眾“刷臉”入場(chǎng)，在100個(gè)關(guān)口接受了人臉識(shí)別系統(tǒng)的驗(yàn)證。這是奧運(yùn)史上第一次使用人臉識(shí)別技術(shù)，成為中國(guó)將該技術(shù)應(yīng)用于安防的標(biāo)志性事件。但當(dāng)時(shí)，人臉識(shí)別仍然基于模式識(shí)別，準(zhǔn)確率的天花板是88%，識(shí)別所需時(shí)間也較長(zhǎng)。

　　深度學(xué)習(xí)是源于對(duì)生物人腦機(jī)理的仿生學(xué)研究，其動(dòng)機(jī)在于建立、模擬人腦進(jìn)行分析學(xué)習(xí)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。它的出現(xiàn)打破了這層天花板，將人臉識(shí)別技術(shù)的準(zhǔn)確率提升了10個(gè)百分點(diǎn)。

　　近日，中星微“數(shù)字多媒體芯片技術(shù)”國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室宣布，已研發(fā)成功了中國(guó)首款嵌入式神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理器(NPU)芯片，成為全球首顆具備深度學(xué)習(xí)人工智能的嵌入式視頻采集壓縮編碼系統(tǒng)級(jí)芯片，并取名“星光智能一號(hào)”。這款基于深度學(xué)習(xí)的芯片運(yùn)用在人臉識(shí)別上，最高能達(dá)到98%的準(zhǔn)確率，超過(guò)人眼的識(shí)別率。該芯片于今年3月6日實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，目前出貨量為十幾萬(wàn)件。

　　星光智能一號(hào)。

　　該實(shí)驗(yàn)室執(zhí)行主任、中星微首席技術(shù)官?gòu)堩崠|在接受澎湃新聞(www.thepaper.cn)采訪時(shí)表示，裝備了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理器的芯片應(yīng)用在監(jiān)控?cái)z像頭上，攝影頭由“眼睛”升級(jí)為“帶有大腦的眼睛”，這是全球首次。

　　“數(shù)字多媒體芯片技術(shù)”國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室成立于2010年，依托于北京中星微電子有限公司，由科技部批準(zhǔn)建立。據(jù)資料顯示，中星微電子有限公司于1999年由原國(guó)家信息產(chǎn)業(yè)部直接投資創(chuàng)立，是專(zhuān)攻芯片技術(shù)的公司中的“國(guó)家隊(duì)”，其研發(fā)的“星光系列芯片”曾打破國(guó)際市場(chǎng)上無(wú)“中國(guó)芯”的局面。

　　人工智能的落地

　　“星光智能一號(hào)”是一款嵌入式NPU。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理器NPU(Neural Processing Unit)還未被熟知，卻是芯片領(lǐng)域熱門(mén)的技術(shù)。它與馮諾依曼架構(gòu)中的CPU處理器相對(duì)，采用的是“數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)并行計(jì)算”這種顛覆性的新型架構(gòu)。如果將馮諾依曼架構(gòu)處理數(shù)據(jù)的方式類(lèi)比成單車(chē)道，那么“數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)并行計(jì)算”是128條多車(chē)道并行，可以同時(shí)處理128個(gè)數(shù)據(jù)，利于處理視頻、圖像類(lèi)的海量多媒體數(shù)據(jù)。

　　中星微NPU架構(gòu)圖。

　　在業(yè)內(nèi)，單位功耗的計(jì)算性能，也就是性能功耗比，被用來(lái)衡量處理器架構(gòu)的優(yōu)劣。據(jù)該實(shí)驗(yàn)室執(zhí)行主任、中星微首席技術(shù)官?gòu)堩崠|對(duì)澎湃新聞(www.thepaper.cn)介紹，“星光智能一號(hào)”的性能功耗比在傳統(tǒng)的馮諾依曼架構(gòu)上“至少提高了兩三個(gè)數(shù)量級(jí)”，也就是幾百倍。

　　高功耗是很多頂尖人工智能技術(shù)被詬病的。IBM20世紀(jì)的“深藍(lán)”和谷歌2016的AlphaGo因其需要由巨大的數(shù)據(jù)計(jì)算支撐，前者使用超級(jí)計(jì)算機(jī)，后者使用服務(wù)器集群，無(wú)法脫離恒定溫度和濕度的機(jī)房。AlphaGo下一盤(pán)棋光電費(fèi)就需要3000美元。張韻東將它們稱(chēng)之為“一場(chǎng)科學(xué)實(shí)驗(yàn)”，離技術(shù)落地、投入應(yīng)用還有較遠(yuǎn)的距離。

　　這凸顯了嵌入式NPU的小型化、低功耗和低成本優(yōu)勢(shì)，加快人工智能技術(shù)落地應(yīng)用。例如無(wú)人機(jī)對(duì)攝像頭的重量和功耗有很高的要求，否則會(huì)影響起飛和續(xù)航能力。而“星光智能一號(hào)”只有普通郵票大小，重量?jī)H幾十克，它的誕生讓諸多監(jiān)控?cái)z像頭等小型設(shè)備有了人工智能化的可能，邁出了人工智能從神秘的機(jī)房，跨向生活應(yīng)用的一步。

　　“星光智能一號(hào)”芯片和主板。

　　大腦與眼睛兼得

　　“我們這個(gè)芯片，是全球第一個(gè)集成了大腦和眼睛的芯片?！?/span>

　　張韻東分別將芯片中的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理器和視頻采集、壓縮編碼系統(tǒng)，類(lèi)比成大腦和眼睛。裝備了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理器的芯片應(yīng)用在監(jiān)控?cái)z像頭上，攝影頭由“眼睛”升級(jí)為“帶有大腦的眼睛”。

　　除了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理器，國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)學(xué)術(shù)委員會(huì)主任楊曉東介紹，“星光智能一號(hào)”集成了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(SVAC)的音視頻編解碼器。這個(gè)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)在2010年，由中星微和公安部合作制定，是全球第一個(gè)專(zhuān)門(mén)針對(duì)安防監(jiān)控的視頻編寫(xiě)標(biāo)準(zhǔn)。張韻東解釋說(shuō)，由于視頻文件太大，只有通過(guò)編碼才能在網(wǎng)絡(luò)上傳輸，而原先的標(biāo)準(zhǔn)借用國(guó)外，是針對(duì)廣播電視節(jié)目，在安全性方面不佳。SVAC則解決了該問(wèn)題。經(jīng)過(guò)6年的時(shí)間，該標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)在國(guó)內(nèi)大規(guī)模使用，有望走向國(guó)際。

　　SVAC標(biāo)準(zhǔn)和人工智能分析技術(shù)的聯(lián)姻在安防、偵查上有不錯(cuò)的成效。2013年11月，山西省省委附近發(fā)生連環(huán)爆炸，根據(jù)省委附近的攝像頭，公安鎖定了犯罪嫌疑人的車(chē)輛，通過(guò)人工智能比對(duì)、分析，在48小時(shí)內(nèi)破案。

　　除了安防，今后，大腦與眼睛兼得的“星光智能一號(hào)”將應(yīng)用于汽車(chē)無(wú)人駕駛或智能輔助，無(wú)人機(jī)自動(dòng)拍攝、跟蹤、避障，智能機(jī)器人理解合成語(yǔ)言、娛樂(lè)和陪護(hù)等方面?！吧疃葘W(xué)習(xí)的芯片有一個(gè)學(xué)習(xí)的過(guò)程，就像一個(gè)正在成長(zhǎng)的小孩，它的訓(xùn)練、學(xué)習(xí)有一個(gè)過(guò)程，使用了很多樣本作為它學(xué)習(xí)的數(shù)據(jù)。”張韻東說(shuō)，隨著樣本不斷的積累，芯片的“智商”會(huì)越來(lái)越高。

　　下一代NPU會(huì)帶來(lái)什么驚喜?芯片也許會(huì)更逼近人腦的運(yùn)算機(jī)理，在低功耗和強(qiáng)計(jì)算能力上取得變革性的跨越，從而使得在可穿戴硬件上實(shí)現(xiàn)人工智能。