.台灣、國際與中國這些巨頭佈局 AIoT 晶片,背後的原因是什麼?

AI Chipsets for Wireless Networks and Devices, Cloud and Next Generation Computing, IoT


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近年來,AIoT 這一詞彙,漸漸活躍在人們的視野中。所謂的 AIoT,即 AI+IoT,意思是將人工智能慧技術,與物聯網技術相結合,形成新的一門融合學科。


伴隨著人工智慧技術的發展,傳統物聯網設備將趨向於智慧化,從而形成 AIoT 人工智慧物聯網,使「萬物互聯」向「萬物智聯」進化。

當然,技術的發展與市場需求是密不可分的。人們面對智慧化應用的需求越來越多,AIoT 就面臨著更加複雜的場景,人們需要為其提供更高效的運算,以獲得更快的響應。值此背景下,AIoT 晶片應運而生,在面向 AIoT 場景任務時,它比傳統通用晶片在算力及功耗上的更加具備優勢。

AIoT晶片是什麼?
什麼是 AIoT 晶片?眾所皆知,IoT 設備與手機,這類行動通訊設備是不一樣的,IoT 設備多種多樣,面對的場景應用也不同,對 AI 算力的要求也有所差別。

現階段尚未開發出能夠跨設備形態存在的通用晶片架構。因此,只有從 IoT 的場景出發,設計客製化的晶片架構,才能在大幅提升性能的同時,降低功耗和成本。

同時滿足 AI 算力,以及跨設備形態的需求,這樣的專用晶片,被稱之為 AIoT 晶片。

實際上,AIoT 晶片並不是一個獨立的晶片個體,目前市場首批 AIoT 晶片幾乎都是結合了CPU、GPU、FPGA 和 DSP 等核心零組件組合而成。不過青出於藍而勝於藍,AIoT 晶片與傳統晶片,相比確實存在不少差別。

在這裡我們以自動駕駛場景為例,介紹下 AIoT 晶片和傳統晶片的區別:
從性能層面出發,當自動駕駛在遇到路面前方的紅綠燈時,如果採用 CPU 進行運算,那麼車輛可能已經產生了闖紅燈等違規行為,因為運算速度太慢,還來不及反應;如果採用 GPU 進行運算,運算速度會大幅增加,但同時也會產生巨大功耗,很有可能汽車確實在遇到紅燈時停下了,可能不是因為紅燈才停下,而是耗能都供給了 GPU 運算之用,已經沒有多餘的能耗繼續前行了;相比之下,採用 AIoT 晶片不僅能大幅提升自動駕駛過程中的運算速度問題,還能減少能耗。

從工藝製造層面來說,AIoT 晶片由於應用場景,和 AI 算法相對確定,因此在硬體設計上要求更加專業化。傳統的 CPU 和 GPU 晶片,採用以指令流的馮諾依曼式計算架構,和計算模式來運行,而 AIoT 晶片多採用類腦或仿腦的架構方式,能夠突破內存牆的計算瓶頸。

因此,相較傳統晶片而言,AI 晶片可以利用更低的主頻、更小的晶片面積,完成 AI 計算任務,實現成本、功耗、算力等多樣化需求之間的完美平衡。


這些企業啓動佈局,搶佔市場先機
聯發科
在今年 4 月,聯發科發佈了兩大 AIoT 晶片平台,分別是 i300 和 i500。i300 適用於語音和視覺設備應用,能夠用於開發針對家庭、物聯網及其他便攜設備的產品;i500 則整合了更強大的 AI 處理器,雙核 AI 處理器(DSP)工作頻率達 500 MHz,支持深度學習、神經網路加速和電腦視覺應用,適用於臉部辨識、對象辨識、場景辨識分析、光學字符辨識等場景。

7月,聯發科又推出了最新一代 AIoT 晶片平台 i700,採用八核架構,整合了兩個工作頻率 2.2 GHz 的 ARM Cortex-A75 處理器與六個工作頻率為 2.0 GHz 的 Cortex-A55 處理器,同時搭載工作頻率為 970MHz 的 IMG9XM-HP8 圖形處理器,還搭載了聯發科技的 CorePilot 技術,應用於智慧城市、智慧建築和智慧製造等領域。


百度阿里华为小米均布局AIoT芯片,背后的原因是什么?

恩智浦
恩智浦可謂是 AIoT 晶片裡「骨灰級」玩家之一。早在18年2月,恩智浦就推出了 AIoT 晶片,這款晶片集恩智浦的 i.MX 應用處理器系列,和 WiFi/藍牙解決方案於一體,並整合到更小的尺寸空間中。


這不僅解決了當下物聯網設備中,實現客製化晶片的尺寸極度受限的難題,而且還提供了更高的跨系統效率。這種前瞻性的設計,也給後來的佈局者帶來不少靈感。

華為
華為除了在行動晶片領域,具有代表作海思麒麟晶片以外,在 AIoT 晶片領域同樣不甘示弱。率先切入的應用領域,也相當貼近百姓的生活,那就是智慧電視。


華為榮耀最近推出的鴻鵠 818 性能頗為強悍,搭載 Video Decoder 模組,可以支撐 8K@30Hz 的影像播放,播放 8K 影像,相當於播放 4 倍的 4K 影像。這代表著採用鴻鵠 818 晶片的設備,在打開目前主流的 4K 影像時,從點擊到開始播放僅需 1.3 秒,相比競品速度快了近一倍。

榮耀還曾表示,是以做手機的精神來做智慧電視。可以想像在這款產品上,將會有很多在傳統電視上,無法想像的新功能,而出色的晶片性能,是實現這一切的基礎。

百度
2018 年 7 月,百度在 AI 開發者大會發佈了對岸中國第一款雲端全功能 AI 晶片「崑崙」,其中包含訓練晶片崑崙 818-300、推理晶片崑崙 818-100,主要針對 AI 大規模運算需求。


時隔一年,百度又交出了亮眼的成績單。在今年的 AI 開發者大會上,百度新推出鴻鵠晶片,繼崑崙晶片發佈後,晶片層面又一力作。作為百度自主研發的 AIoT 晶片,鴻鵠晶片主要面向智慧語音應用,而且還採取了車規標準設計,無論是在智慧硬體上,還是在未來汽車智慧語音應用上,都留有非常大的想像空間。

阿里巴巴
阿里近年來對待科技研發格外的積極,除了最早成立的「達摩院」、「羅漢堂」以外,又成立了一家晶片公司「平頭哥」。


正所謂生死看淡,不服就幹。「平頭哥」在晶片研發領域也不落人後。就在最近,「平頭哥」正式發佈了首款 AIoT 晶片,名字也很有意思,名叫玄鐵 910。

要知道,「玄鐵」之名來自於金庸小說中獨孤求敗,所用的第一神劍「重劍無鋒,大巧不工」,後被郭靖夫婦熔鑄成倚天劍和屠龍刀。這莫非意味著,玄鐵 910 將成為 AIoT 晶片業界「神器」般的存在?

果然,據資料顯示,玄鐵 910 已成為目前業界性能最強的 RISC-V 處理器之一,算力高居全球第一,Coremark 跑分更是超過第二名 40% 以上。玄鐵 910 單核性能達到 7.1 Coremark/MHz,主頻達到 2.5GHz,性能極其強大,能應用於 5G、人工智慧以及自動駕駛等領域。未來,平頭哥還要打造面向汽車、家電、工業等諸多行業領域的智聯網晶片平台。

小米
可能很多人無法想像,小米也會是 AIoT 晶片佈局者之一。小米旗下華米科技,曾發表了全球可穿戴領域第一顆 A 晶片「黃山 1 號」,它由 RISC-V 開源指令集構成,整合了 AI 神經網路模組,可在不聯網的情況下,進行本地的數據運算和處理,透過內置 Heart Rate、 ECGEngine、ECGEnginePro、Arrhythmias 四大驅動引擎,華米科技實現了對心率、心電、心律失常等進行即時監測與分析,可廣泛應用在各類智慧可穿戴設備中。
今年 4 月,小米集團發佈內部郵件宣佈:旗下松果電子團隊重組,部分分拆組建新公司南京大魚半導體,專注於 IoT 晶片;松果電子則繼續專注於手機 SoC晶片 研發。

小米做出這樣的決定,其實不難理解。手機晶片是一項研發投入極高、回報週期長,以及長期技術沈澱的工作。自從 2017 年澎湃晶片 S1 沈寂之後,小米的手機晶片研發陷入了僵局。

即使是海思麒麟晶片從研發到商用,再到抗衡國際廠商,也經歷相當長的一段時間。但反觀在智慧家庭領域,小米很早就開始了佈局,如今已經形成了「小米生態鏈」的優勢,AIoT 已經成為小米最為重要的測略方向,佈局 AIoT 晶片也是意料之中。

紫光展銳
今年7月,紫光展銳在 ArmPSA 安全架構技術研討會上,分享了基於 Arm PSA 框架的安全 AIoT 晶片解決方案。


據瞭解,這套 AIoT 晶片解決方案,提供業界客戶端到端,具備安全可信運算能力和通信能力,能實現智慧化辨識,並支持不同廠商設備間的協議和資料交換,解決物聯網碎片式的互通問題,同時還將相容各種廠商設備的接入方式,實現 24/7 即時管理和失效預測,並對無線網路頻譜和服務進行優化,為用戶提供優異的使用體驗。

雲知聲
2018 年上半年,雲知聲推出了首款 AIoT 晶片 UniOne,並帶來其解決方案雨燕(Swift)。據悉,該晶片由雲知聲自主研發,採用雲知聲自主 AI 指令集,搭載具有自主知識產權的DeepNet、uDSP(數位信號處理器),支持 DNN/LSTM/CNN 等多種深度神經網路模型,性能較通用晶片方案提升超 50 倍。


雨燕(Swift)則採用了 CPU+uDSP+DeepNet 架構,支持 8/16bit 向量、矩陣運算,基於深度學習網路架構,可將針對語音 AI 的並行運算性能發揮到極致,在更低成本和功耗下,提供更高的算力。

中天微
此前,在中興事件期間,晶片一詞漸受重視,「自主造芯(晶片)」的企業,也成為了對岸國內資本投資熱捧的對象。也是在那時,阿里收購了中國大陸唯一的自主嵌入式 CPU IPCore 公司中天微。


完成收購後不久,中天微就發佈了全新 AIOT 晶片,作為全球首款支持物聯網安全的 RISC-V 處理器,這款晶片也是全球首款帶 TEE 的 RISC-V 嵌入式晶片。中天微表示,「自主架構 CPU+RISC-V 相容」硬體架構將逐漸融合在在阿里巴巴物聯網策略中,發揮巨大的作用。

瑞芯微
CES 2019 消費電子展上,瑞芯微發佈旗下內置高能效 NPU 的 AIoT 晶片解決方案:RK1808。


據悉,RK1808 AIoT 晶片 CPU,採用雙核 Cortex-A35 架構,NPU 峰值算力高達 3.0 TOPs,VPU 支持 1080P 影像編解碼,支持麥克風陣列並具有硬體 VAD 功能,支持攝影機影像信號輸入並具有內置 ISP。

此外,RK1808 具備極致低功耗、超強 AI 運算能力、豐富的 AIoT 應用接口,以及易於開發的特性,也將高效賦能 AIoT 生態鏈,及開發者對技術與場景搭配的需求。

AIoT 晶片潛力無限,未來兵家必爭之地
隨著 AIoT 技術深入應用到各個生活層面,物聯網設備之間將加速數據交互,促進數據融合,形成全新的智慧物聯生態系統。人們的生活也會越來越便捷、越來越智慧。同時,也會產生更多的生活場景需求。


對 AIoT 廠商來說,市場多樣化的需求包含了感知層、接入層、網路層、服務管理層,以及應用層五個層級的技術建設。其中,感知層就如同 AIoT 設備的大腦中樞,是最基礎也是最重要的一個環節,AIoT 晶片技術很大程度上,決定了整個產品的好壞。

加上如今晶片製造工藝的成熟,以及 AI 算法算力的加速演進。可以預見,AIoT 晶片必將成為未來的兵家必爭之地,誰掌握了 AIoT 晶片,也就等於在 AIoT 領域站穩了腳步,為未來智慧網聯生態系統一體化建設,打下堅實的基礎。



.解決自動駕駛定位問題的三種思路

Self Driving Car How It Works Tech 10 Systems Autonomous Cars Need Commercia



來源:智车科技IV


在自動駕駛技術問題中,定位技術(自身定位以及對周圍環境相對位置的認知)似乎是無人駕駛汽車最難掌握的技術,這與城市的動態性質有關。例如施工路面、封閉道路、新標誌和缺失的道路標誌等,都是這種動態性和不確定性的例子。


What Tech Will it Take to Put Self-Driving Cars on the Road ...

人類面對以上,隨時隨地可能發生改變的因素,都會感到困惑,更不用說機器了。

目前沒有方法可以完美地解決,自動駕駛汽車的定位問題,但以下幾種是當前最為有效,也最有希望解決問題的辦法。不同公司有不同的傾向性選擇,本文將根據具體的策略,對三種定位方法進行介紹。

自從特斯拉和 Waymo 等公司出現以來,車企對自動駕駛技術的關注愈發增加。這種情況在 2018 年更甚,從而加速了無人駕駛汽車盡快落地的可能。

例如,通用汽車公司在舊金山的員工,已經用上了沒有方向盤或踏板的Cruise;福特、福斯、豐田和賓士,也都在自動駕駛競爭之列;上個月,特斯拉在晶片發表會上宣佈,到 2020 年他們將製造出完全自動駕駛汽車
無人駕駛的實現前途光明,但道路曲折。目前自動駕駛仍然面臨很多難題,例如需要快速而連續地分析數據流、需要做對機器來說很繁瑣,但對人類來說只是雞毛蒜皮的一些小事等。具體來說,物體檢測、距離、速度、定位,和交通法規等都是在駕駛過程中,做決策時需要考慮的因素。

為了達到 SAE 標準中的 L5 級別,電腦駕駛系統需要能夠執行上述所有基本任務,找到針對不同問題的技術解決方案。以下列出了幾種主要的自動駕駛技術難題及解決方案:

距離:雷射雷達(光探測和測距)

速度:雷達(無線電探測器)

物體探測:攝影機、圖像處理和機器學習

交通法規:物體檢測(用於交通信號燈和標誌)、圖像處理(用於車道檢測)和對本地數據的訪問

路徑規劃:軟體算法(如A*搜索算法)

定位同時定位與地圖創建(Simultaneous Localization and Mapping,SLAM)或預先製作的 3D 地圖,在上述所有問題中,定位技術(自身定位以及對周圍環境相對位置的認知)似乎是無人駕駛汽車最難掌握的技術,這與城市的動態性質有關。例如施工路面、封閉道路、新標誌和缺失的道路標誌等,都是這種動態性和不確定性的例子。

人類面對以上,隨時隨地可能發生改變的因素,都會感到困惑,更不用說機器了。目前沒有方法,可以完美地解決自動駕駛汽車的定位問題,但以下幾種是當前最為有效,也最有希望解決問題的辦法。不同公司有不同的傾向性選擇,本文將根據具體的公司策略,對三種定位方法進行介紹。

1.以特斯拉為代表的視覺 SLAM 定位
以特斯拉為例的一類企業傾向於使用基於視覺的Visual SLAM(簡稱VSLAM)技術進行定位,他們將盡可能多的視覺傳感器置入汽車中,不依靠預先錄製的地圖,而是希望將圖像處理和機器學習結合起來,讓特斯拉車輛能夠對周圍環境,做到時瞭解


What Is SLAM? How Self-Driving Cars Know Where They Are

特斯拉車輛隨時隨地都在學習,並與其他車輛分享知識。他們依靠周圍的即時環境數據,而不是歷史數據,不存在依賴過時地圖而出錯的風險。

特斯拉的目標非常明確,即建造可以在任何條件下,駕駛的車輛,而不受周圍環境的影響。前段時間特斯拉的晶片發表會上,因馬斯克 diss 雷射雷達,還引起了一場軒然大波。

馬斯克說,使用雷射雷達的定位方法,擺脫了「醜陋,昂貴且不必要」的繪圖設備,為此付出的代價,是在處理不確定性時,更加依賴相機和軟體。

特斯拉人工智慧高級主管 Andrej Karpathy 強調,物理數據的作用是無法代替的,相對於利用雷射雷達,建立虛擬高精地圖來說,特斯拉更相信現實的物理數據,看圖比看雷達更真實

目前,使用 VSLAM 實現定位的自動駕駛車輛,主要配備三類感測器:單目、雙目(或多目)、RGBD此外還有魚眼、全景等特殊攝影機,由於在研究和產品中,都屬於少數在此不做介紹。就實現難度而言,這三類方法難易程度,從難到易依次為:單目視覺、雙目視覺、RGBD。

在定位過程中,VSLAM自動駕駛車輛,從一個未知環境中的未知地點出發,在運動過程中,透過以上這些視覺感測器,觀測定位自身位置、姿態、運動軌跡,再根據自身位置,進行增量式的地圖建構,從而達到同時定位和地圖建構的目的。

定位和建圖是兩個相輔相成的過程,地圖可以提供更好的定位,而定位也可以進一步擴建地圖。VSLAM 技術框架如下,主要包括感測器數據預處理、前端、後端、回環檢測、建圖



2.以通用/賓士/福特為代表的高精地圖定位
通用汽車和賓士,都看好透過雷射雷達或GPS,預先製作的高精地圖,來進行定位的方法。通用汽車於2017年,收購了自己的雷射雷達供應商。福特與百度合作,向一家雷射雷達供應商Velodyne 投資 1.5 億美元,賓士也與 Velodyne 簽訂雷射雷達供應合約。

雷射雷達是非常傳統的定位感測器。它可以提供機器人本身,與周圍環境障礙物間的距離資訊。常見的雷射雷達有 SICK、Velodyne、Rplidar 等。使用雷射雷達製作高精地圖,實際上就是利用雷射點雲融合技術,進行雷射雷達掃描,返回場景分布點的技術。

雷射點雲融合的技術又分為兩種,一是基於點雲融合的算法,其應用場景較廣,不僅限於GPS場景;第二種是基於比較精確的差分 GPS 和精確慣導(IMU,慣性測量單元),其對場景依賴較強,必須在比較開闊的場景使用,對於高架橋等GPS信號弱的場景效果不佳。

用圖像和 GPS 技術解決方案精度比較差,主要用來製作 L2、L3 的 ADAS 地圖,而雷射點雲則可以滿足 L4、L5 的需求。

這類車輛依賴於預先記錄好的 3D 高解析度地圖,而這些地圖是使用配備雷射雷達的車輛預先捕獲的。然後,自動駕駛車輛可以使用其自身配備的雷射雷達設備,獲取周邊環境的資訊,與預先製作的高精地圖進行比對,判斷環境是否已經改變,然後在地圖涵蓋區域內,實現自動駕駛。

這顯示了相對來說更加廣泛的自動駕駛策略。為了保持地圖的準確性和車輛的可用性,需要市政當局和汽車製造商之間,更廣泛的合作,以創建和維護最新的高精度地圖,供車輛使用。

以凱迪拉克的超級巡航系統為例,只有當車身雷達獲取的資訊,與高精地圖資訊一致,並透過安全檢查時,車輛才能在預存了高精地圖的高速公路上導航行駛。

這種方法提供了高度的可靠性和可預測性,但高精地圖所需要處理的數據量巨大,必須使用數據中心電腦集群來做處理,並且涉及很多並行計算和處理,這些對數據處理能力都是極大的考驗。

高精地圖的即時更新也相當重要,道路環境有可能在不斷的變化,需要實現快速有效的更新。以上這些由於記錄地圖,和使用雷射雷達設備製造車輛所需的努力,都使得實現無人駕駛,所付出的成本相對更高。
3.以福斯為代表的車聯網定位
自動駕駛定位的另一種方法,不關注如何使汽車更靈活地適應環境,而是關注如何讓環境為自動駕駛汽車服務,即創造更智慧的環境。這減輕了車輛的負擔,使其能夠找出其環境中的所有不確定因素。

在這種情況下,變化的環境因素會自己「找上門」,讓車輛更準確地瞭解到周圍環境的狀況,建築物可以直接「告訴」進入的汽車建築區域,和臨時車道的具體位置。

福斯汽車一直在努力建立自己,作為 V2X 技術先驅的身份。在 2017 年福斯就宣佈所有 2019 年的車型,都將配備完整的 V2X 功能套件。這些連接將提供大約 500 米以內的交通狀況、事故,和與當地環境共享的其他交通狀況資訊,甚至更廣。



透過車聯網方法,進行定位的車輛透過 GPS、RFID、感測器、攝影機圖像處理等裝置,在由車輛位置、速度和路線等資訊,構成的巨大交互網路中,完成自身環境和狀態資訊的採集。

在網路資料庫中,所有車輛將自身的各種資訊,傳輸匯聚到中央處理器,實現位置資訊的交互共享。目前,對岸中國強制要求所有營運車輛,都要轉配車載定位終端,同時接入相關企業服務平台,並最終接入省部級服務平台。

具體來說,車輛節點的定位位置感知技術是車聯網的技術核心。定位強調位置資訊的唯一性,即定位得到的是真實的地理坐標資訊,而位置感知側重於節點之間,在位置上的相對性,反映的是移動節點,在時間維度和空間維度上的軌跡。

位置感知中,其位置資訊參照錨節點來計算的,而錨節點的產生,視不同的算法實現而不同,主要採用非測距技術(Renge-free)來定位。無線測距的基本原理分為三邊測量法、三角測量法、極大似然估計法和質心算法四種類型。

三邊測量法原理比較簡單,是在已知三個錨節點 2D 座標資訊的前提下,就可以計算出1個未知節點的位置資訊;三角測量法的原理,是在網路中選定一系列的錨節點,構成相互連接的三角形,透過測量某一三角形的三個角節點,到某一位置節點的相對水平角度,來對節點進行定位;

極大似然估計法的原理,是一句 N 個錨節點的座標,以及到未知節點的距離,來對節點進行定位;質心算法中的質心,是指多邊形的幾何中心。

質心算法的實現原理,是網路中的錨節點週期性地廣播,用於標識節點自身身份標識,和座標未知的分組,當未直接點接受到的錨節點的分組,達到一個門限值時,或接受錨節點分組的時間達到預設值時,將由這些錨節點組成一個多邊形,該多邊形的質心,便是該未知節點的座標。

車聯網的定位技術,則是透過合理部署,在城市交通道路周邊的RSU,利用無線測距技術,實現對移動中車聯的即時定位。目前所採用的技術主要有,利用接收信號強度值(RSSI)、到達時間(TOA)、到達時間差(TDOA)、到達角度(AOA)及到達頻率差(FDOA)等。

FDOA 定位技術具有無模糊區、精度高等優點,它可以與TDOA 等定位技術結合,實現更加完善的定位功能,成為車聯網定位技術的一個發展方向。在此不做具體介紹。

雖然目前對車聯網定位和感知技術的研究,取得了一定的成果,但仍然有很多問題,需要進一步解決,主要體現在專門針對車聯網的定位和感知技術、室外移動 3D 定位技術、精準無縫的協作定位等方面。

當然,能夠輔助實現定位目的的有例如 GPS 、衛星、雷射雷達、攝影機及其他多種感測器,本文介紹的三種方法,是實現自動駕駛定位的三種不同思路,思路上的不同並不排斥具體使用技術上的借鑒與融合


技術只是自動駕駛的一個方面,道路安全法律法規,也需要適應自動駕駛市場的變化。今年福特、通用和豐田,在自動駕駛汽車相關安全法規上,就達成了合作夥伴關係。

另外,在人類社會不斷向前發展的進程中,經驗是一個不可忽視的關鍵因素,無論現時段自動駕駛,面臨了什麼小成就和大挫折,都必須清楚地明白一點:我們生活在技術不斷創新的時代,新技術解決新困難,時間會說明自動駕駛,是如何向我們一步步走來的。



(按此回今日3S Market新聞首頁
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