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

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

Imagination 關(guān)注應用人工智能（AI），特別是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)來(lái)應對智能工廠(chǎng)和機器人應用場(chǎng)景這一嵌入式系統新趨勢。隨著(zhù)自動(dòng)化程度的提高，對嵌入式系統的需求不斷增加，過(guò)去微控制器（MCU）和基礎處理器能夠滿(mǎn)足對嵌入式系統的需求，而現在整個(gè)世界正在發(fā)生變化。我們所處的世界正向著(zhù)全自動(dòng)化邁進(jìn)，以實(shí)現更高的生產(chǎn)率和安全性，智能工廠(chǎng)、工業(yè)機器人、數字孿生等概念，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)適配現實(shí)世界。通過(guò)利用遠程訓練，工廠(chǎng)車(chē)間中從傳感器到最終組裝和物流的工作流程可以由“會(huì )思考的機器”和越來(lái)越智能的系統來(lái)運行。這樣可以?xún)?yōu)化生產(chǎn)率和安全性，但是也依賴(lài)于不斷提升的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )計算能力。Imagination 設計用于A(yíng)I 芯片的知識產(chǎn)權（IP），可以應對這些新挑戰甚至更高的目標，因此對設計人員、開(kāi)發(fā)人員和工程師而言，就不存在任何限制了。他們現在可以去實(shí)現自己的夢(mèng)想。我們先進(jìn)的GPU 設計具有虛擬化和并行編程功能，可在極小面積、極低延遲且節省功耗和帶寬的情況下處理復雜的計算挑戰。這些可擴展的設計可以將算力從Gigaflops（每秒10 億次浮點(diǎn)運算）級別擴展至Teraflops（每秒萬(wàn)億次浮點(diǎn)運算）級別，因此從注重面積效率的最小嵌入式系統到桌面和數據中心級別的各類(lèi)需求，其皆可滿(mǎn)足。隨著(zhù)AI 和萬(wàn)物互聯(lián)趨勢的發(fā)展，其中的每個(gè)設備都可以互相交流并實(shí)現智能化，我們的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )IP 旨在為嵌入式系統中的智能代理（intelligent agent）找到新的應用機會(huì )。這不僅適用于工廠(chǎng)內部的工業(yè)用途，也可以用于智慧城市、智慧醫院、智慧辦公室和智慧教育機構的一系列系統。它還可用于在倉庫或配送中心搬運貨物的托盤(pán)機器人的復雜運動(dòng)控制。這些用途也可以從倉庫機器人延伸至自動(dòng)駕駛汽車(chē)的控制能力。

Imagination Technologies人工智能高級總監Andrew Grant

2   工程師或研發(fā)人員遇到的挑戰

當前，先進(jìn)的公司正在探索這些AI 場(chǎng)景，并設想它們在未來(lái)會(huì )需要什么。我們已經(jīng)在自己的研發(fā)實(shí)驗室中找到了答案，我們可以展示這些能力，它們正在被構建于現今的系統級芯片（SoC）中，并且未來(lái)將會(huì )被更多SoC 所采用。智慧工廠(chǎng)、智慧倉庫、智慧工作場(chǎng)所、智慧城市等場(chǎng)景帶來(lái)了許多當下需要規劃和把握的機會(huì )。Imagination 全球領(lǐng)先的技術(shù)可以快速實(shí)現這些目標，同時(shí)降低風(fēng)險、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。然而，對于工程師和開(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(xiàn)工作流程，可以支持客戶(hù)輕松轉換自己的AI 模型并將它們輕松部署至節能的邊緣設備上。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)現數據中心的質(zhì)量性能——針對部署在邊緣的數據中心。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TOPS（每秒數萬(wàn)億次運算）級別的算力，以提供最高的性能、低延遲和智能調度功能，所有這些可以在比針頭還小的硅面積上實(shí)現。

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）應用場(chǎng)景。舉例來(lái)說(shuō)，其中的BXE 系列內核，可為人機界面（HMI）提供高像素填充率，還可以近乎線(xiàn)性擴展的方式實(shí)現高效擴展，以支持復雜的計算工作負載。我們的設計還包括全球領(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(gè)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(shí)現性能的指數級增長(cháng)。此外，我們擁有一系列軟件工具和成熟的編譯器，可以適配、調整和運行大多數的現代神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )和AI 框架，以滿(mǎn)足客戶(hù)的特定應用場(chǎng)景?，F在，如果工程師們有夢(mèng)想，他們就可以實(shí)現它。

（本文來(lái)源于《電子產(chǎn)品世界》雜志2021年9月）