神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)用于智能工廠和機器人的機會與挑戰(zhàn)

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

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)來應(yīng)對智能工廠和機器人應(yīng)用場景這一嵌入式系統(tǒng)新趨勢。隨著自動化程度的提高，對嵌入式系統(tǒng)的需求不斷增加，過去微控制器（MCU）和基礎(chǔ)處理器能夠滿足對嵌入式系統(tǒng)的需求，而現(xiàn)在整個世界正在發(fā)生變化。我們所處的世界正向著全自動化邁進，以實現(xiàn)更高的生產(chǎn)率和安全性，智能工廠、工業(yè)機器人、數(shù)字孿生等概念，以及軟件定義環(huán)境，甚至“元宇宙”等來自科幻小說的概念，都變得越來越受關(guān)注。元宇宙環(huán)境首先是在軟件中進行模擬，然后通過重新編程和優(yōu)化來適配現(xiàn)實世界。通過利用遠程訓(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“會思考的機器”和越來越智能的系統(tǒng)來運行。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)計算能力。Imagination 設(shè)計用于AI 芯片的知識產(chǎn)權(quán)（IP），可以應(yīng)對這些新挑戰(zhàn)甚至更高的目標，因此對設(shè)計人員、開發(fā)人員和工程師而言，就不存在任何限制了。他們現(xiàn)在可以去實現(xiàn)自己的夢想。我們先進的GPU 設(shè)計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)雜的計算挑戰(zhàn)。這些可擴展的設(shè)計可以將算力從Gigaflops（每秒10 億次浮點運算）級別擴展至Teraflops（每秒萬億次浮點運算）級別，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)中心級別的各類需求，其皆可滿足。隨著AI 和萬物互聯(lián)趨勢的發(fā)展，其中的每個設(shè)備都可以互相交流并實現(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)用機會。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構(gòu)的一系列系統(tǒng)。它還可用于在倉庫或配送中心搬運貨物的托盤機器人的復(fù)雜運動控制。這些用途也可以從倉庫機器人延伸至自動駕駛汽車的控制能力。

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

2   工程師或研發(fā)人員遇到的挑戰(zhàn)

當前，先進的公司正在探索這些AI 場景，并設(shè)想它們在未來會需要什么。我們已經(jīng)在自己的研發(fā)實驗室中找到了答案，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)級芯片（SoC）中，并且未來將會被更多SoC 所采用。智慧工廠、智慧倉庫、智慧工作場所、智慧城市等場景帶來了許多當下需要規(guī)劃和把握的機會。Imagination 全球領(lǐng)先的技術(shù)可以快速實現(xiàn)這些目標，同時降低風險、縮短上市時間并最大限度地發(fā)揮差異化的生產(chǎn)率優(yōu)勢。然而，對于工程師和開發(fā)人員來說，在前進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、更廣，既要考慮現(xiàn)在的市場需要什么，也要考慮5 年后的市場需要什么。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，同時實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心的質(zhì)量性能——針對部署在邊緣的數(shù)據(jù)中心。我們的軟件工具可以幫助將網(wǎng)絡(luò)模型縮小至原來的1/2 到1/4；我們的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)加速器可以實現(xiàn)TOPS（每秒數(shù)萬億次運算）級別的算力，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現(xiàn)。

3   Imagination的解決方案

Imagination 擁有一系列可擴展的IP，例如PowerVRGPU 這樣的節(jié)能、高性能的計算單元，可用于工業(yè)和人工智能物聯(lián)網(wǎng)（AIoT）應(yīng)用場景。舉例來說，其中的BXE 系列內(nèi)核，可為人機界面（HMI）提供高像素填充率，還可以近乎線性擴展的方式實現(xiàn)高效擴展，以支持復(fù)雜的計算工作負載。我們的設(shè)計還包括全球領(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。這是一種可擴展的IP，其尺寸可以小于1 mm²，但性能足夠強大，每秒可以運行多個推理，單核可達到10 TOPS 的性能，多核可擴展至更高的性能，在單位面積上實現(xiàn)性能的指數(shù)級增長。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)用場景。現(xiàn)在，如果工程師們有夢想，他們就可以實現(xiàn)它。

（本文來源于《電子產(chǎn)品世界》雜志2021年9月）