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半导体创新成果转化 AI运算世界加速来临
打开应用新局

【作者: 王岫晨】2021年08月06日 星期五

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半导体产业成功的关键,即创新、全球化和规模化。如果看目前市场上市值超过100亿美元的半导体公司,可能只有25家公司,包括3家电脑和微处理器公司、5家通讯晶片公司、5家记忆体公司和8家产品多元化半导体公司。然後,有3家上市的代工企业,2家没上市的代工厂,有3家主要的EDA公司、5家主要制程设备制造商。


全球化、专业化和规模化使半导体产业能够以客户可承受的价格完成创新成果转化。然後,透过各种鼓励政策,世界各国公平、平等地支援这种创新。目前我们在半导体产业看到的风险是试图中断全球化,退群单飞,谋求独立自主,然而这样的作法并不利於半导体产业长远的发展。


全新AI引擎打开应用新局

近年来,半导体产业加速打造一个AI化的运算世界。提到人工智慧(AI),在过去可能会联想到图灵测试、一个科幻角色或是IBM「深蓝」超级电脑击败西洋棋冠军Garry Kasparov的画面。



图一 : AI不只令万物更为智慧,它更简单化一般人复杂的日常生活。
图一 : AI不只令万物更为智慧,它更简单化一般人复杂的日常生活。

在今日,与其复制人类智慧,我们反而发现AI在不同面向上已大幅地跃进,低调地简化人类生活,并使人类智慧与体验更为丰富。自然语言处理、最新加密安全解决方案、先进的感知与图像功能、新一代资料管理与物流,及自动驾驶辅助系统等,皆是众多AI在我们的手机、个人电脑、汽车等其他二十一世纪重要装置中,低调却稳健地推动一些最新进展的方式之一。结合5G与AI则使分散式智慧更得以实现,让AI运算处理能於装置和云端上进行。


对於高通来说,该公司已经投入AI超过十年,如今也将会持续。最近该公司引进了来自Twenty Billion Neurons GmbH(TwentyBN)的顶尖AI研究团队,包括他们被AI研究界广泛使用的高品质影片资料集。TwentyBN创始执行长Roland Memisevic与Yoshua Bengio共同领导世界知名AI研究实验室蒙特娄学习演算法研究院(MILA)。而高通在多伦多的AI研发基地也开始进行团队扩展,该研发基地长期以来被认为是孕育AI领域创新和研究的摇篮。


此外,现在AI已是行动平台的核心元素,高通在第六代AI Engine的技术突破也正开创新局,它专为提升包含连网能力、摄影和电竞等各种效能而设计。AI透过直接与手机摄影镜头、数据机与其他行动平台设计元件整合,可提供更快速、更有效率的处理效能。高通AI Engine使图像与语言处理功能得以实现,透过ArcSoft神经网路,可使相片与影片更为清晰,更提供即时翻译与语音助理功能。


特别是高通和生态系夥伴在行动科技领域的合作,因此能将AI拓展至智慧型手机以外的产业类别,例如个人电脑、延展实境、工厂与汽车业。AI不只令万物更为智慧,它更简单化一般人复杂的日常生活,同时使人们生活更为丰富。以PC为例,安全解决方案最隹化了使用者的行动运算平台,加速侦测出威胁所在。而AI更改善了PC使用者的视讯通话体验,提供更顺畅的效能和通话品质。



图二 : 今天一般人普遍关注的AI焦点,仍偏重在汽车和工业领域等应用。
图二 : 今天一般人普遍关注的AI焦点,仍偏重在汽车和工业领域等应用。

AI也影响目前延展实境的成长,延展实境使用的所有感知科技皆使用了AI,使智慧型穿戴装置使用者能看得更清晰,能更深入了解数位世界并与之互动。新一代仓库管理、物流与资产追踪则展现强大的电脑视觉与机器学习功能,以提升速度与效率。至於汽车,透过具备语音助理功能、沉浸式音响和丰富视觉效果的AI强化数位驾驶座舱系统,可使车辆具备情境脉络安全感知,并与驾驶精准互动。


以AI支持边缘运算自主

另一个半导体发展重点是在边缘运算。边缘运算主要包含以下四个部分,低延迟、AI算力、低功耗以及安全和保密,这四者是边缘自主非常重要的组成部分,也是边缘运算区别於工业和IoT的一个主要特点,也就是用运算资源来支持边缘的自主,使它能够独立於云端。


赛灵思Versal AI Edge系列高级产品线经理Rehan Tahir指出,当赛灵思在2018年引入Versal ACAP的时候,首先推出的是Versal Core和Prime系列,用於云端和网路,然後推出了Versal Premium,用於高端的云和网路,先有这些是非常重要的,因为首先需要非常强大的云端和网路,然後再把这个架构带到边缘。


而现在,利用这些异构的架构推出新一代的Versal AI Edge系列产品,这是一种微型的ACAP,能够在边缘工作,实现优化的单位功耗性能。单位功耗性能重要的原因在於,在这样的边缘应用中,通常都有非常严格的热和功耗等限制,同时还必须实现非常高的性能。


Versal AI Edge自行调适运算加速平台(ACAP)为广泛的应用提供智慧功能,包含具最高等级功能安全性的自动驾驶、协作机器人、具预测性的智慧工厂、医疗系统,以及适用於航太与国防市场的多任务型有效负载(payload)。


该产品组合采用AI引擎机器学习(AI Engine-ML)架构,与过往的AI引擎架构相比,可提供4倍的机器学习运算能力,并且将加速器RAM与强化的记忆体层级整合,以因应不断演进的AI演算法。这些架构的创新为Versal AI Edge系列带来了相较於GPU高达4倍的效能功耗比,以及更低的延迟,进而使边缘设备的功能更加强大。


图三 : 赛灵思Versal AI Edge系列支援汽车、机器人、医疗和航太应用的AI功能。
图三 : 赛灵思Versal AI Edge系列支援汽车、机器人、医疗和航太应用的AI功能。

支援AI的自动化系统需要高运算密度,以加速从感测器到AI乃至於即时控制,进而实现整体应用加速。相较於Zynq UltraScale+ MPSoC,Versal AI Edge元件可提供十倍的运算密度来达成整体应用加速,并实现更智慧的自动化系统。此外,Versal AI Edge元件支援多种安全标准,包含工业(IEC 61508)、航空电子设备(DO-254/178)与汽车(ISO 26262),助力供应商达到ASIL C随机硬体完整性与ASIL D系统完整性的等级。


结语

半导体技术的创新,对於边缘AI的应用非常重要,藉由微型化,可以加强AI算力,能够支持对功耗和热都有非常高要求的应用。我们可以发现主要的边缘AI应用案例包括了智慧视觉、无人机、协作机器人ADAS与自动驾驶,另外还有医学成像,包括内窥镜和超声波等。


另外,现今越来越多的应用都开始得到了AI的支援,而且有很多形式的AI可能都是之前没有想到的,比如说无人机的导航和目标追踪,机器人和工人在工厂进行协作,还有半自动到全自动的驾驶,AI在医学的应用,包括叁与医学的诊断和分析,可以说现在AI的应用随处可见,而今天一般人普遍关注的焦点,仍偏重在汽车和工业领域等应用。


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