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半導體創新成果轉化 AI運算世界加速來臨
打開應用新局

【作者: 王岫晨】   2021年08月06日 星期五

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半導體產業成功的關鍵,即創新、全球化和規模化。如果看目前市場上市值超過100億美元的半導體公司,可能只有25家公司,包括3家電腦和微處理器公司、5家通訊晶片公司、5家記憶體公司和8家產品多元化半導體公司。然後,有3家上市的代工企業,2家沒上市的代工廠,有3家主要的EDA公司、5家主要製程設備製造商。


全球化、專業化和規模化使半導體產業能夠以客戶可承受的價格完成創新成果轉化。然後,透過各種鼓勵政策,世界各國公平、平等地支援這種創新。目前我們在半導體產業看到的風險是試圖中斷全球化,退群單飛,謀求獨立自主,然而這樣的作法並不利於半導體產業長遠的發展。


全新AI引擎打開應用新局

近年來,半導體產業加速打造一個AI化的運算世界。提到人工智慧(AI),在過去可能會聯想到圖靈測試、一個科幻角色或是IBM「深藍」超級電腦擊敗西洋棋冠軍Garry Kasparov的畫面。



圖一 : AI不只令萬物更為智慧,它更簡單化一般人複雜的日常生活。
圖一 : AI不只令萬物更為智慧,它更簡單化一般人複雜的日常生活。

在今日,與其複製人類智慧,我們反而發現AI在不同面向上已大幅地躍進,低調地簡化人類生活,並使人類智慧與體驗更為豐富。自然語言處理、最新加密安全解決方案、先進的感知與圖像功能、新一代資料管理與物流,及自動駕駛輔助系統等,皆是眾多AI在我們的手機、個人電腦、汽車等其他二十一世紀重要裝置中,低調卻穩健地推動一些最新進展的方式之一。結合5G與AI則使分散式智慧更得以實現,讓AI運算處理能於裝置和雲端上進行。


對於高通來說,該公司已經投入AI超過十年,如今也將會持續。最近該公司引進了來自Twenty Billion Neurons GmbH(TwentyBN)的頂尖AI研究團隊,包括他們被AI研究界廣泛使用的高品質影片資料集。TwentyBN創始執行長Roland Memisevic與Yoshua Bengio共同領導世界知名AI研究實驗室蒙特婁學習演算法研究院(MILA)。而高通在多倫多的AI研發基地也開始進行團隊擴展,該研發基地長期以來被認為是孕育AI領域創新和研究的搖籃。


此外,現在AI已是行動平台的核心元素,高通在第六代AI Engine的技術突破也正開創新局,它專為提升包含連網能力、攝影和電競等各種效能而設計。AI透過直接與手機攝影鏡頭、數據機與其他行動平台設計元件整合,可提供更快速、更有效率的處理效能。高通AI Engine使圖像與語言處理功能得以實現,透過ArcSoft神經網路,可使相片與影片更為清晰,更提供即時翻譯與語音助理功能。


特別是高通和生態系夥伴在行動科技領域的合作,因此能將AI拓展至智慧型手機以外的產業類別,例如個人電腦、延展實境、工廠與汽車業。AI不只令萬物更為智慧,它更簡單化一般人複雜的日常生活,同時使人們生活更為豐富。以PC為例,安全解決方案最佳化了使用者的行動運算平台,加速偵測出威脅所在。而AI更改善了PC使用者的視訊通話體驗,提供更順暢的效能和通話品質。



圖二 : 今天一般人普遍關注的AI焦點,仍偏重在汽車和工業領域等應用。
圖二 : 今天一般人普遍關注的AI焦點,仍偏重在汽車和工業領域等應用。

AI也影響目前延展實境的成長,延展實境使用的所有感知科技皆使用了AI,使智慧型穿戴裝置使用者能看得更清晰,能更深入了解數位世界並與之互動。新一代倉庫管理、物流與資產追蹤則展現強大的電腦視覺與機器學習功能,以提升速度與效率。至於汽車,透過具備語音助理功能、沉浸式音響和豐富視覺效果的AI強化數位駕駛座艙系統,可使車輛具備情境脈絡安全感知,並與駕駛精準互動。


以AI支持邊緣運算自主

另一個半導體發展重點是在邊緣運算。邊緣運算主要包含以下四個部分,低延遲、AI算力、低功耗以及安全和保密,這四者是邊緣自主非常重要的組成部分,也是邊緣運算區別於工業和IoT的一個主要特點,也就是用運算資源來支持邊緣的自主,使它能夠獨立於雲端。


賽靈思Versal AI Edge系列高級產品線經理Rehan Tahir指出,當賽靈思在2018年引入Versal ACAP的時候,首先推出的是Versal Core和Prime系列,用於雲端和網路,然後推出了Versal Premium,用於高端的雲和網路,先有這些是非常重要的,因為首先需要非常強大的雲端和網路,然後再把這個架構帶到邊緣。


而現在,利用這些異構的架構推出新一代的Versal AI Edge系列產品,這是一種微型的ACAP,能夠在邊緣工作,實現優化的單位功耗性能。單位功耗性能重要的原因在於,在這樣的邊緣應用中,通常都有非常嚴格的熱和功耗等限制,同時還必須實現非常高的性能。


Versal AI Edge自行調適運算加速平台(ACAP)為廣泛的應用提供智慧功能,包含具最高等級功能安全性的自動駕駛、協作機器人、具預測性的智慧工廠、醫療系統,以及適用於航太與國防市場的多任務型有效負載(payload)。


該產品組合採用AI引擎機器學習(AI Engine-ML)架構,與過往的AI引擎架構相比,可提供4倍的機器學習運算能力,並且將加速器RAM與強化的記憶體層級整合,以因應不斷演進的AI演算法。這些架構的創新為Versal AI Edge系列帶來了相較於GPU高達4倍的效能功耗比,以及更低的延遲,進而使邊緣設備的功能更加強大。


圖三 : 賽靈思Versal AI Edge系列支援汽車、機器人、醫療和航太應用的AI功能。
圖三 : 賽靈思Versal AI Edge系列支援汽車、機器人、醫療和航太應用的AI功能。

支援AI的自動化系統需要高運算密度,以加速從感測器到AI乃至於即時控制,進而實現整體應用加速。相較於Zynq UltraScale+ MPSoC,Versal AI Edge元件可提供十倍的運算密度來達成整體應用加速,並實現更智慧的自動化系統。此外,Versal AI Edge元件支援多種安全標準,包含工業(IEC 61508)、航空電子設備(DO-254/178)與汽車(ISO 26262),助力供應商達到ASIL C隨機硬體完整性與ASIL D系統完整性的等級。


結語

半導體技術的創新,對於邊緣AI的應用非常重要,藉由微型化,可以加強AI算力,能夠支持對功耗和熱都有非常高要求的應用。我們可以發現主要的邊緣AI應用案例包括了智慧視覺、無人機、協作機器人ADAS與自動駕駛,另外還有醫學成像,包括內窺鏡和超聲波等。


另外,現今越來越多的應用都開始得到了AI的支援,而且有很多形式的AI可能都是之前沒有想到的,比如說無人機的導航和目標追蹤,機器人和工人在工廠進行協作,還有半自動到全自動的駕駛,AI在醫學的應用,包括參與醫學的診斷和分析,可以說現在AI的應用隨處可見,而今天一般人普遍關注的焦點,仍偏重在汽車和工業領域等應用。


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