AI與軟件定義可滿足智能物聯(lián)網(wǎng)對終端芯片的需求

王瑩

摘要：在2017年12月在京舉辦的“2018物聯(lián)網(wǎng)及嵌入式人工智能芯片平臺及生態(tài)戰(zhàn)略發(fā)布會”上，德思普科技公司總工程師張小東博士分析了從移動互聯(lián)網(wǎng)向智能物聯(lián)網(wǎng)遷移的挑戰(zhàn)，指出智能物聯(lián)網(wǎng)終端的重要性，以及芯片如何應(yīng)對高計算、高安全、碎片化和定制化等的需求，即AI和軟件定義。

關(guān)鍵詞：智能；物聯(lián)網(wǎng)；AI；軟件定義

DOI： 10.3969/j.issn.1005-5517.2018.1.003

1 智能物聯(lián)網(wǎng)是“物聯(lián)網(wǎng)+AI+先進計算”

目前我們正經(jīng)歷移動互聯(lián)網(wǎng)的興起。相比互聯(lián)網(wǎng)的電子商務(wù)，移動互聯(lián)網(wǎng)的人機交互非常簡單，以支付為例，如果收到賬單，互聯(lián)網(wǎng)通常需要幾分鐘才能完成支付，而移動互聯(lián)網(wǎng)只需幾秒鐘。

對于物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用，人們也提出了“智能物聯(lián)網(wǎng)”的概念，特點是“物聯(lián)網(wǎng)+AI+先進計算”，即把AI（人工智能）引入到物聯(lián)網(wǎng)的每個節(jié)點，使每個物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點具有自主學(xué)習(xí)、分析、控制和管理的能力。

張小東博士認為智能互聯(lián)網(wǎng)分為四個階段：智能通訊、智能識別、智能管理、智能運行。以智能電表為例，首先是做到智能通訊，例如在家里電表要斷電之前預(yù)先提醒、即用比現(xiàn)在直接斷電更好的傳輸方式告知用戶如何應(yīng)對處理。智能識別方面，可以告知用戶斷電的原因，例如是沒電費還是過流跳閘或者某種故障等原因。智能管理方面，可以告知用戶每月主要家電的用電情況，例如冰箱的耗電量，提出綠色節(jié)能的方案。最后是智能運行，即通過電力線與智能門鎖等設(shè)備實現(xiàn)互聯(lián)互通。

2 智能物聯(lián)發(fā)展迅速

智能物聯(lián)網(wǎng)的時代很快就會到來，或許2018年即會爆發(fā)。實際上，智能物聯(lián)網(wǎng)已在我們身邊，例如手機上的“今日頭條”等App會根據(jù)用戶的閱讀習(xí)慣主動推送內(nèi)容。在美國華爾街，個人投資管理顧問可能是機器人，機器人可以根據(jù)用戶的投資偏好，用某種算法提供給用戶智能管理。無人駕駛車輛是典型的智能物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，后臺可用阿里、百度等的管理系統(tǒng)來實現(xiàn)人機交互、目標識別等。

3 智能物聯(lián)網(wǎng)的核心

終端芯片是整個物聯(lián)網(wǎng)的核心基礎(chǔ)。在移動互聯(lián)網(wǎng)時代的核心是基帶通信。因此有人認為2G和3G基帶芯片連上終端設(shè)備就是物聯(lián)網(wǎng)，但智能物聯(lián)網(wǎng)是多種通信手段的結(jié)合。

因此傳統(tǒng)終端只具備初步的數(shù)字域處理，而智能物聯(lián)網(wǎng)需要大量本地計算，從終端設(shè)備的預(yù)處理到大量各種AI的應(yīng)用，這時考驗的是終端系統(tǒng)的robustness（強壯性）及核心的終端芯片的性能。此外，由于物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備無處不在，帶來了海量數(shù)據(jù)的爆炸性增長。很多場景下由于實時性、可靠性、安全性和經(jīng)濟性要求，需要在前端進行本地化處理，以挖掘出有用的數(shù)據(jù)，在此基礎(chǔ)上與后臺聯(lián)合進行深度“學(xué)習(xí)”和“訓(xùn)練”，還有經(jīng)濟性和可靠性等。例如車聯(lián)網(wǎng)尤其符合這種情況，因為實時性的需要，很難把大量數(shù)據(jù)從前端移到后端（云）來實現(xiàn)，需要終端要有強大的芯片來應(yīng)對。

4 用軟件定義實現(xiàn)定制

下游廠商對終端芯片的需求如下。

（1）性能高、功耗低、價格低、易用；

（2）安全性高，需要強壯的安全機制，還有相關(guān)的加密功能以對IP保護； （3）算法，需要和行業(yè)應(yīng)用配合； （4）生態(tài)，即需要大量的合作伙伴開發(fā)，來共同建設(shè)和共享開發(fā)。

對于芯片廠商，目前的挑戰(zhàn)是芯片的制程費用越來越高，從65 nm到最先進的7 nm制程，前期投入從幾百萬美元到上億美元，盈虧平衡點也從幾百萬片到千萬、億片?？梢姡酥悄苁謾C，很難有一個單一市場滿足如此規(guī)模。此外，芯片設(shè)計越來越復(fù)雜，產(chǎn)品的生命周期越來越短，差異化越來越大。因此面臨物聯(lián)網(wǎng)時代的市場規(guī)模碎片化、技術(shù)不斷演進、客戶需要定制化等挑戰(zhàn)，需要商業(yè)模式的創(chuàng)新，對于fabless（芯片設(shè)計公司），需要設(shè)計技術(shù)的創(chuàng)新。為此，德思普看好軟件定義（SDR）。

SDR的優(yōu)勢是：傳統(tǒng)上，芯片廠商往往采用自上而下、規(guī)模驅(qū)動的方式，利用國內(nèi)廠商十分擅長用一款或幾款芯片針對海量市場。但對于中小企業(yè)很難做到，因為規(guī)模上很難達到海量的出貨量。這時需要采用自下而上的驅(qū)動，即根據(jù)客戶/細分市場的需求定義差異化的芯片，這就需要軟件定義的方式，可以做到軟件的修改，無需對芯片的修改，只需要升級軟件即可。

張小東同時指出了德思普現(xiàn)有的產(chǎn)品、技術(shù)和生態(tài)優(yōu)勢。具體包括如下幾部分。

（1）德思普支持了不同的國內(nèi)外合作伙伴開發(fā)和移植面向不同應(yīng)用領(lǐng)域的通信協(xié)議和終端產(chǎn)品，初步形成了三大產(chǎn)品線：低功耗軟件無線電、智能物聯(lián)網(wǎng)終端以及嵌入式人工智能（AI）芯片三大平臺。

（2）德思普在我國的無錫、上海、南京與美國等地設(shè)有研發(fā)中心。公司一直堅持國際化的人才戰(zhàn)略，擁有一批包括國家干人計劃、江蘇省雙創(chuàng)人才在內(nèi)的海內(nèi)外高端人才和世界一流的工程研發(fā)和管理團隊，并擁有中國首個省級軟件無線電工程技術(shù)中心。公司產(chǎn)品核心的技術(shù)基礎(chǔ)是全球領(lǐng)先的低功耗可編程處理器和異構(gòu)計算芯片設(shè)計技術(shù)。

5 嵌入式AI等智能物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用從智能音箱和智能安防等領(lǐng)域開始

那么，隨著AI技術(shù)的發(fā)展，業(yè)界也出現(xiàn)了不少AI芯片公司，和同類產(chǎn)品相比，德思普的產(chǎn)品定位有哪些不同？德思普產(chǎn)品AI的功能以推測、推理為主，未來將適當融合自主訓(xùn)練和自主跟蹤的技術(shù)能力，形成完整的嵌入式人工智能的產(chǎn)品系列。德思普目前所專注的重點領(lǐng)域分兩個方面，一個方面就是以智能音箱、智能家居為發(fā)展主線，以語音識別、語義理解為代表的人工智能的單芯片解決方案。另一個方面就是以智能安防、智能抄錄、邊緣計算等為主線，面向人臉識別、圖像識別為代表的人工智能應(yīng)用，當然也是單芯片解決方案。

例如在智能音箱方面，德思普的方案不是僅僅解決麥克風(fēng)語言增強，而是融合主控上網(wǎng)、人工智能等等功能于一體，提供完整的過去往往是好幾款芯片在一起才能實現(xiàn)的功能，即集成度高。再有，對嵌入式視頻，德思普可以將較大規(guī)模的AI算法“塞”到一款低功耗芯片中去。例如，對水表、燃氣表的智能抄錄都是采用前端AI視覺完成的。

6 關(guān)于嵌入式AI的熱點問答

6.1 如何理解嵌入式AI？

德思普把對AI視頻的識別（理解）直接放到低功耗的芯片里，這是我們的特色，即嵌入式AI?，F(xiàn)在盡管市面上有很多AI，但是用到可編程芯片平臺的，而且性能好的卻不多，德思普算是少數(shù)幾家做嵌入式AI的企業(yè)。

6.2 能否這么說：以后如果有機會我在一個機器人的腦袋里裝上一個集合詩人、球星和數(shù)學(xué)家的能力。那么很有可能會有一個新的人才出現(xiàn)。這個是否就是德思普未來所能帶給我們驚喜的地方？

可以這么說，其難點是：怎樣讓這幾個人協(xié)調(diào)得像一個人？這是HSA異構(gòu)計算的奧妙所在。

6.3 哪些具體措施能夠加速AI的落地？

有兩個要素比較重要。第一就是生態(tài)系統(tǒng)和產(chǎn)業(yè)鏈的健全。第二就是要充分發(fā)揮技術(shù)支持和技術(shù)服務(wù)的核心功能。也就是盡全力幫助合作伙伴，支持合作伙伴成功。

6.4 德思普的市場推廣模式是怎么樣的？

德思普長期以來一直致力于打造一個合作共贏的生態(tài)發(fā)展圈。德思普的優(yōu)勢在于可編程的高端芯片，在國內(nèi)外處在先進行列。但是，德思普沒有先進的系統(tǒng)團隊，為此就要尋求與領(lǐng)先的行業(yè)合作伙伴合作，基于德思普的芯片平臺開發(fā)多種多樣的先進產(chǎn)品。這些先進產(chǎn)品的所有權(quán)屬于這些合作伙伴，大家實現(xiàn)共贏，共同打造良好的產(chǎn)業(yè)鏈與健康的生態(tài)系統(tǒng)。

例如針對從事抄表的方案商，德思普為下游的客戶提供可以選擇的通信方式：LoRa或者NB-IoT，標準的圖像壓縮傳輸或者采取人工智能的方式進行圖像識別，客戶可以根據(jù)實際需要進行靈活選擇，但是底層芯片往往是一樣的。

6.5 現(xiàn)在有很多物聯(lián)網(wǎng)芯片廠商，包括不少傳統(tǒng)芯片廠商也在做物聯(lián)網(wǎng)和AI芯片，德思普是如何定位的？

德思普的定位是，立足于核心技術(shù)的自主創(chuàng)新，立足于行業(yè)前沿，立足于國際、國家標準的積極參與，為算法和協(xié)議廠商、系統(tǒng)廠商、設(shè)備廠商提供最合適的定制化芯片解決方案。例如從編程角度，希望能做到幾個人幾個月就開發(fā)一套產(chǎn)品級系統(tǒng)解決方案。

7 結(jié)論

物聯(lián)網(wǎng)和AI結(jié)合的“智能物聯(lián)網(wǎng)”，為本土芯片廠商提供了有利的發(fā)展機遇。德思普提供“物聯(lián)網(wǎng)+嵌入式AI”等系列化芯片平臺。