主流架構(gòu)方案對(duì)比：三種主流架構(gòu)

當(dāng)前主流的AI芯片主要分為三類，GPU、FPGA、ASIC。GPU、FPGA均是前期較為成熟的芯片架構(gòu)，屬于通用型芯片。ASIC屬于為AI特定場景定制的芯片。行業(yè)內(nèi)已經(jīng)確認(rèn)CPU不適用于AI計(jì)算，但是在AI應(yīng)用領(lǐng)域也是必不可少。? ?

01

GPU方案 ? GPU與CPU的架構(gòu)對(duì)比 ? CPU遵循的是馮·諾依曼架構(gòu)，其核心是存儲(chǔ)程序/數(shù)據(jù)、串行順序執(zhí)行。因此CPU的架構(gòu)中需要大量的空間去放置存儲(chǔ)單元（Cache）和控制單元（Control），相比之下計(jì)算單元（ALU）只占據(jù)了很小的一部分，所以CPU在進(jìn)行大規(guī)模并行計(jì)算方面受到限制，相對(duì)而言更擅長于處理邏輯控制。 ? GPU（GraphicsProcessing Unit），即圖形處理器，是一種由大量運(yùn)算單元組成的大規(guī)模并行計(jì)算架構(gòu)，早先由CPU中分出來專門用于處理圖像并行計(jì)算數(shù)據(jù)，專為同時(shí)處理多重并行計(jì)算任務(wù)而設(shè)計(jì)。GPU中也包含基本的計(jì)算單元、控制單元和存儲(chǔ)單元，但GPU的架構(gòu)與CPU有很大不同，其架構(gòu)圖如下所示。 ? 與CPU相比，CPU芯片空間的不到20%是ALU，而GPU芯片空間的80%以上是ALU。即GPU擁有更多的ALU用于數(shù)據(jù)并行處理。

? GPU與CPU區(qū)別? ? CPU由專為順序串行處理而優(yōu)化的幾個(gè)核心組成，而GPU則擁有一個(gè)由數(shù)以千計(jì)的更小、更高效的核心組成的大規(guī)模并行計(jì)算架構(gòu)，這些更小的核心專為同時(shí)處理多重任務(wù)而設(shè)計(jì)。? ? CPU和GPU之所以大不相同，是由于其設(shè)計(jì)目標(biāo)的不同，它們分別針對(duì)了兩種不同的應(yīng)用場景。CPU需要很強(qiáng)的通用性來處理各種不同的數(shù)據(jù)類型，同時(shí)又要邏輯判斷又會(huì)引入大量的分支跳轉(zhuǎn)和中斷的處理。這些都使得CPU的內(nèi)部結(jié)構(gòu)異常復(fù)雜。而GPU面對(duì)的則是類型高度統(tǒng)一的、相互無依賴的大規(guī)模數(shù)據(jù)和不需要被打斷的純凈的計(jì)算環(huán)境。 ?

? GPU加速技術(shù)簡述? ? 對(duì)于深度學(xué)習(xí)來說，目前硬件加速主要靠使用圖形處理單元。相比傳統(tǒng)的CPU，GPU的核心計(jì)算能力要多出幾個(gè)數(shù)量級(jí)，也更容易進(jìn)行并行計(jì)算。
GPU的眾核體系結(jié)構(gòu)包含幾千個(gè)流處理器，可將運(yùn)算并行化執(zhí)行，大幅縮短模型的運(yùn)算時(shí)間。隨著NVIDIA、AMD等公司不斷推進(jìn)其GPU的大規(guī)模并行架構(gòu)支持，面向通用計(jì)算的GPU已成為加速并行應(yīng)用程序的重要手段。 ? 目前GPU已經(jīng)發(fā)展到了較為成熟的階段。利用GPU來訓(xùn)練深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，可以充分發(fā)揮其數(shù)以千計(jì)計(jì)算核心的高效并行計(jì)算能力，在使用海量訓(xùn)練數(shù)據(jù)的場景下，所耗費(fèi)的時(shí)間大幅縮短，占用的服務(wù)器也更少。如果針對(duì)適當(dāng)?shù)纳疃壬窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行合理優(yōu)化，一塊GPU卡可相當(dāng)于數(shù)十甚至上百臺(tái)CPU服務(wù)器的計(jì)算能力，因此GPU已經(jīng)成為業(yè)界在深度學(xué)習(xí)模型訓(xùn)練方面的首選解決方案。

? 當(dāng)訓(xùn)練的模型規(guī)模比較大時(shí)，可以通過數(shù)據(jù)并行的方法來加速模型的訓(xùn)練，數(shù)據(jù)并行可以對(duì)訓(xùn)練數(shù)據(jù)做切分，同時(shí)采用多個(gè)模型實(shí)例對(duì)多個(gè)分塊的數(shù)據(jù)同時(shí)進(jìn)行訓(xùn)練。在數(shù)據(jù)并行的實(shí)現(xiàn)中，由于是采用同樣的模型、不同的數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練，影響模型性能的瓶頸在于多CPU或多GPU間的參數(shù)交換。根據(jù)參數(shù)更新公式，需要將所有模型計(jì)算出的梯度提交到參數(shù)服務(wù)器并更新到相應(yīng)參數(shù)上，所以數(shù)據(jù)片的劃分以及與參數(shù)服務(wù)器的帶寬可能會(huì)成為限制數(shù)據(jù)并行效率的瓶頸。? ? 除了數(shù)據(jù)并行，還可以采用模型并行的方式來加速模型的訓(xùn)練。模型并行是指將大的模型拆分成幾個(gè)分片，由若干個(gè)訓(xùn)練單元分別持有，各個(gè)訓(xùn)練單元相互協(xié)作共同完成大模型的訓(xùn)練。 ?

? GPU加速計(jì)算 ? GPU加速計(jì)算是指同時(shí)利用圖形處理器?(GPU)?和CPU，加快科學(xué)、分析、工程、消費(fèi)和企業(yè)應(yīng)用程序的運(yùn)行速度。GPU加速器于2007年由NVIDIA率先推出，現(xiàn)已在世界各地為政府實(shí)驗(yàn)室、高校、公司以及中小型企業(yè)的高能效數(shù)據(jù)中心提供支持。GPU能夠使從汽車、手機(jī)和平板電腦到無人機(jī)和機(jī)器人等平臺(tái)的應(yīng)用程序加速運(yùn)行。 ? GPU加速計(jì)算可以提供非凡的應(yīng)用程序性能，能將應(yīng)用程序計(jì)算密集部分的工作負(fù)載轉(zhuǎn)移到GPU，同時(shí)仍由CPU運(yùn)行其余程序代碼。從用戶的角度來看，應(yīng)用程序的運(yùn)行速度明顯加快。 ? GPU當(dāng)前只是單純的并行矩陣的乘法和加法運(yùn)算，對(duì)于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的構(gòu)建和數(shù)據(jù)流的傳遞還是在CPU上進(jìn)行。CPU與GPU的交互流程：獲取GPU信息，配置GPU id、加載神經(jīng)元參數(shù)到GPU、GPU加速神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算、接收GPU計(jì)算結(jié)果。 ?

? 為什么GPU在自動(dòng)駕駛領(lǐng)域如此重要 ? 自動(dòng)駕駛技術(shù)中最重要的技術(shù)范疇之一是深度學(xué)習(xí)，基于深度學(xué)習(xí)架構(gòu)的人工智能如今已被廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)視覺、自然語言處理、傳感器融合、目標(biāo)識(shí)別、自動(dòng)駕駛等汽車行業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域，從自動(dòng)駕駛初創(chuàng)企業(yè)、互聯(lián)網(wǎng)公司到各大OEM廠商，都正在積極探索通過利用GPU構(gòu)建神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)最終的自動(dòng)駕駛。? ? GPU加速計(jì)算誕生后，它為企業(yè)數(shù)據(jù)提供了多核并行計(jì)算架構(gòu)，支撐了以往CPU架構(gòu)無法處理的數(shù)據(jù)源。根據(jù)對(duì)比，為了完成相同的深度學(xué)習(xí)訓(xùn)練任務(wù)，使用GPU計(jì)算集群所需要的成本只是CPU計(jì)算集群的200分之一。 ?

? GPU是自動(dòng)駕駛與深度學(xué)習(xí)的關(guān)鍵? ? 無論是讓汽車實(shí)時(shí)感知周邊實(shí)時(shí)環(huán)境，還是迅速規(guī)劃行車路線和動(dòng)作，這些都需要依賴汽車大腦快速的響應(yīng)，因此對(duì)計(jì)算機(jī)硬件廠商提出了巨大挑戰(zhàn)，自動(dòng)駕駛的過程中時(shí)刻需要深度學(xué)習(xí)或者人工智能算法應(yīng)對(duì)無限可能的狀況,而人工智能、深度學(xué)習(xí)和無人駕駛的蓬勃發(fā)展，帶來了GPU計(jì)算發(fā)展的黃金時(shí)代。? ? GPU的另一個(gè)重要參數(shù)是浮點(diǎn)計(jì)算能力。浮點(diǎn)計(jì)數(shù)是利用浮動(dòng)小數(shù)點(diǎn)的方式使用不同長度的二進(jìn)制來表示一個(gè)數(shù)字，與之對(duì)應(yīng)的是定點(diǎn)數(shù)。在自動(dòng)駕駛算法迭代時(shí)對(duì)精度要求較高，需要浮點(diǎn)運(yùn)算支持。 ?

02

FPGA方案 ? FPGA芯片定義及結(jié)構(gòu)? ? FPGA（Field-Programmable Gate Array），即現(xiàn)場可編程門陣列，它是在PAL、GAL、CPLD等可編程器件的基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)展的產(chǎn)物。它是作為專用集成電路領(lǐng)域中的一種半定制電路而出現(xiàn)的，既解決了定制電路的不足，又克服了原有可編程器件門電路數(shù)有限的缺點(diǎn)。 ? FPGA芯片主要由6部分完成，分別為：可編程輸入輸出單元、基本可編程邏輯單元、完整的時(shí)鐘管理、嵌入塊式RAM、豐富的布線資源、內(nèi)嵌的底層功能單元和內(nèi)嵌專用硬件模塊。目前主流的FPGA仍是基于查找表技術(shù)的，已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了先前版本的基本性能，并且整合了常用功能（如RAM、時(shí)鐘管理和DSP）的硬核（ASIC型）模塊。 ?

? FPGA工作原理 ? 由于FPGA需要被反復(fù)燒寫，它實(shí)現(xiàn)組合邏輯的基本結(jié)構(gòu)不可能像ASIC那樣通過固定的與非門來完成，而只能采用一種易于反復(fù)配置的結(jié)構(gòu)。查找表可以很好地滿足這一要求，目前主流FPGA都采用了基于SRAM工藝的查找表結(jié)構(gòu)，也有一些軍品和宇航級(jí)FPGA采用Flash或者熔絲與反熔絲工藝的查找表結(jié)構(gòu)。通過燒寫文件改變查找表內(nèi)容的方法來實(shí)現(xiàn)對(duì)FPGA的重復(fù)配置。 ? 查找表（Look-Up-Table）簡稱為LUT，LUT本質(zhì)上就是一個(gè)RAM。目前FPGA中多使用4輸入的LUT，所以每一個(gè)LUT可以看成一個(gè)有4位地址線的RAM。當(dāng)用戶通過原理圖或HDL語言描述了一個(gè)邏輯電路以后，PLD/FPGA開發(fā)軟件會(huì)自動(dòng)計(jì)算邏輯電路的所有可能結(jié)果，并把真值表（即結(jié)果）事先寫入RAM，這樣，每輸入一個(gè)信號(hào)進(jìn)行邏輯運(yùn)算就等于輸入一個(gè)地址進(jìn)行查表，找出地址對(duì)應(yīng)的內(nèi)容，然后輸出即可。 ?

? 可編程輸入/輸出單元簡稱I/O單元，是芯片與外界電路的接口部分，完成不同電氣特性下對(duì)輸入/輸出信號(hào)的驅(qū)動(dòng)與匹配要求。FPGA內(nèi)的I/O按組分類，每組都能夠獨(dú)立地支持不同的I/O標(biāo)準(zhǔn)。通過軟件的靈活配置，可適配不同的電氣標(biāo)準(zhǔn)與 I/O物理特性，可以調(diào)整驅(qū)動(dòng)電流的大小，可以改變上、下拉電阻。目前，I/O口的頻率也越來越高，一些高端的FPGA通過DDR寄存器技術(shù)可以支持高達(dá)2Gbps的數(shù)據(jù)速率。 ? CLB是FPGA內(nèi)的基本邏輯單元。CLB的實(shí)際數(shù)量和特性會(huì)依器件的不同而不同，但是每個(gè)CLB都包含一個(gè)可配置開關(guān)矩陣，此矩陣由4或6個(gè)輸入、一些選型電路（多路復(fù)用器等）和觸發(fā)器組成。開關(guān)矩陣是高度靈活的，可以對(duì)其進(jìn)行配置以便處理組合邏輯、移位寄存器或RAM。在Xilinx公司的FPGA器件中，CLB由多個(gè)（一般為4個(gè)或2個(gè)）相同的Slice和附加邏輯構(gòu)成。每個(gè)CLB模塊不僅可以用于實(shí)現(xiàn)組合邏輯、時(shí)序邏輯，還可以配置為分布式RAM和分布式ROM。 ?

? 自動(dòng)駕駛的“芯”殺手? ? 自動(dòng)駕駛和高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS)細(xì)分市場正在經(jīng)歷蛻變，對(duì)計(jì)算和傳感器功能提出了新的復(fù)雜需求。FPGA擁有其他芯片解決方案無法比擬的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，是滿足自動(dòng)駕駛行業(yè)不斷發(fā)展變化的優(yōu)良選擇。FPGA是芯片領(lǐng)域的一種特殊技術(shù)，一方面能夠通過軟件工具進(jìn)行反復(fù)多次配置，另一方面擁有豐富的IO接口和計(jì)算單元。因此，F(xiàn)PGA能夠根據(jù)應(yīng)用場景的具體需求，同時(shí)處理流水線并行和數(shù)據(jù)并行，天生具有計(jì)算性能高、延遲低、功耗小等優(yōu)勢(shì)。? ? FPGA具備高吞吐量、高能效以及實(shí)時(shí)處理等多項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)，非常契合自動(dòng)駕駛所需要的技術(shù)需求。高級(jí)輔助駕駛系統(tǒng)(ADAS)、車載體驗(yàn)(IVE)應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)和要求正在快速演變，系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員關(guān)注的問題主要包括出色的靈活性和更快的開發(fā)周期，同時(shí)維持更高的性能功耗比。通過可重新編程的FPGA和不斷增多的汽車級(jí)產(chǎn)品相結(jié)合，支持汽車設(shè)計(jì)師滿足設(shè)計(jì)要求，在不斷變化的汽車行業(yè)中始終保持領(lǐng)先。 ?

? 適應(yīng)性更強(qiáng)的平臺(tái)? ? 對(duì)于自動(dòng)駕駛芯片來說真正的價(jià)值在于計(jì)算引擎的利用率，即理論性能和實(shí)際性能之間的差異。FPGA包含大量的路由鏈路以及大量的小型存儲(chǔ)。這些資源的組合使設(shè)計(jì)人員能夠?yàn)槠溆?jì)算引擎創(chuàng)建定制的數(shù)據(jù)饋送網(wǎng)絡(luò)，以獲得更高的利用水平?？删幊踢壿嫗榭蛻籼峁┝烁叨鹊撵`活性，以適應(yīng)ADAS和自動(dòng)駕駛等新興應(yīng)用領(lǐng)域不斷變化的需求。利用改進(jìn)的接口標(biāo)準(zhǔn)、算法創(chuàng)新和新的傳感器技術(shù)，都需要適應(yīng)性強(qiáng)的平臺(tái)，不僅可以支持軟件更改，還可以支持硬件更改，而這正是FPGA芯片的優(yōu)勢(shì)所在。 ? FPGA芯片擁有可擴(kuò)展性。可拓展的芯片改變了可編程邏輯的數(shù)量，大多采用引腳兼容的封裝。這意味著開發(fā)人員可以創(chuàng)建單個(gè)ECU平臺(tái)來承載低、中、高版本的ADAS功能包，并根據(jù)需要通過選擇所需的最小密度芯片來縮放成本。

? 差異化解決方案? ? FPGA芯片允許開發(fā)人員創(chuàng)建獨(dú)特的差異化處理解決方案，這些解決方案可以針對(duì)特定應(yīng)用或傳感器進(jìn)行優(yōu)化。這對(duì)于ASSP芯片來說是無法實(shí)現(xiàn)的，即使是那些提供專用加速器的芯片，它們的使用方式也受到限制，而且基本上可以提供給所有競爭對(duì)手。例如Xilinx的長期客戶已經(jīng)創(chuàng)建了只有他們可以訪問的高價(jià)值IP庫，并且這些功能可以被公司的各種產(chǎn)品使用。從90nm節(jié)點(diǎn)開始，對(duì)于大批量汽車應(yīng)用，Xilinx的芯片就已經(jīng)極具成本效益，有超過1.6億顆Xilinx芯片在該行業(yè)獲得應(yīng)用。 ?

03

ASIC方案 ? ? ASIC定義及特點(diǎn)? ? ASIC芯片可根據(jù)終端功能不同分為TPU芯片、DPU芯片和NPU芯片等。其中，TPU為張量處理器，專用于機(jī)器學(xué)習(xí)。如Google于2016年5月研發(fā)針對(duì)Tensorflow平臺(tái)的可編程AI加速器，其內(nèi)部指令集在Tensorflow程序變化或更新算法時(shí)可運(yùn)行。DPU即Data Processing Unit，可為數(shù)據(jù)中心等計(jì)算場景提供引擎。NPU是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理器，在電路層模擬人類神經(jīng)元和突觸，并用深度學(xué)習(xí)指令集直接處理大規(guī)模電子神經(jīng)元和突觸數(shù)據(jù)。? ? ASIC有全定制和半定制兩種設(shè)計(jì)方式。全定制依靠巨大的人力時(shí)間成本投入以完全自主的方式完成整個(gè)集成電路的設(shè)計(jì)流程，雖然比半定制的ASIC更為靈活性能更好，但它的開發(fā)效率與半定制相比甚為低下。 ?

? 性能提升明顯? ? ASIC芯片非常適合人工智能的應(yīng)用場景。例如英偉達(dá)首款專門為深度學(xué)習(xí)從零開始設(shè)計(jì)的芯片Tesla P100數(shù)據(jù)處理速度 是其2014年推出GPU系列的12倍。谷歌為機(jī)器學(xué)習(xí)定制的芯片TPU將硬件性能提升至相當(dāng)于當(dāng)前芯片按摩爾定律發(fā)展 7 年后的水平。正如CPU改變了當(dāng)年龐大的計(jì)算機(jī)一樣，人工智能ASIC芯片也將大幅改變?nèi)缃馎I硬件設(shè)備的面貌。如大 名鼎鼎的AlphaGo使用了約170個(gè)圖形處理器（GPU）和1200個(gè)中央處理器（CPU），這些設(shè)備需要占用一個(gè)機(jī)房，還要配備大功率的空調(diào)，以及多名專家進(jìn)行系統(tǒng)維護(hù)。而如果全部使用專用芯片，極大可能只需要一個(gè)普通收納盒大小的空間，且功耗也會(huì)大幅降低。 ?

ASIC技術(shù)路線是有限開放，芯片公司需要面向與駕駛相關(guān)的主流網(wǎng)絡(luò)、模型、算子進(jìn)行開發(fā)。在相同性能下，芯片的面積更小、成本更低、功耗更低。ASIC技術(shù)路線未來的潛力會(huì)很大，選擇ASIC路線并不意味著要對(duì)不同車型開發(fā)不同的ASIC，或進(jìn)行不同的驗(yàn)證。因?yàn)椴煌囆托枰獙?shí)現(xiàn)的功能大致相同，而且芯片面對(duì)模型和算子進(jìn)行有限開放，算法快速迭代不會(huì)影響到芯片對(duì)上層功能的支持。車廠與芯片設(shè)計(jì)公司合作，進(jìn)行差異化定制，或是更好的選擇。因?yàn)榧词故沁M(jìn)行差異化的定制，芯片內(nèi)部50%的部分也是通用的。芯片設(shè)計(jì)公司可以在原有版本的基礎(chǔ)上進(jìn)行差異化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)部分差異功能。

04

主流架構(gòu)方案對(duì)比：三種主流架構(gòu)?

FPGA是在PAL、GAL等可編程器件的基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)展的產(chǎn)物。它是作為專用集成電路領(lǐng)域中的一種半定制電路而出現(xiàn)的，既解決了定制電路的不足，又克服了原有可編程器件門電路數(shù)有限的缺點(diǎn)。優(yōu)點(diǎn)：可以無限次編程，延時(shí)性比較低，同時(shí)擁有流水線并行和數(shù)據(jù)并行、實(shí)時(shí)性最強(qiáng)、靈活性最高。缺點(diǎn)：開發(fā)難度大、只適合定點(diǎn)運(yùn)算、價(jià)格比較昂貴。? 圖形處理器（GPU），又稱顯示核心、視覺處理器、顯示芯片，是一種專門在個(gè)人電腦、工作站、游戲機(jī)和一些移動(dòng)設(shè)備（如平板、手機(jī)等）上做圖像和圖形相關(guān)運(yùn)算工作的微處理器。優(yōu)點(diǎn)：提供了多核并行計(jì)算的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，且核心數(shù)非 常多，可以支撐大量數(shù)據(jù)的并行計(jì)算，擁有更高的浮點(diǎn)運(yùn)算能力。缺點(diǎn)：管理控制能力（最弱），功耗（最高）。? ? ASIC，即專用集成電路，指應(yīng)特定用戶要求和特定電子系統(tǒng)的需要而設(shè)計(jì)、制造的集成電路。目前用CPLD（復(fù)雜可編程 邏輯器件）和FPGA（現(xiàn)場可編程邏輯陣列）來進(jìn)行ASIC設(shè)計(jì)是最為流行的方式之一。優(yōu)點(diǎn):它作為集成電路技術(shù)與特定用 戶的整機(jī)或系統(tǒng)技術(shù)緊密結(jié)合的產(chǎn)物，與通用集成電路相比具有體積更小、重量更輕、功耗更低、可靠性提高、性能提高、保密性增強(qiáng)、成本降低等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)：靈活性不夠，成本比FPGA貴。

唯算力論的局限：TOPS算力不完全等于實(shí)際性能?

隨著ADAS、自動(dòng)駕駛技術(shù)的興起，以及軟件定義汽車的逐步深入，智能汽車對(duì)于計(jì)算能力和海量數(shù)據(jù)處理能力等的需求暴增，傳統(tǒng)汽車的芯片“堆疊”方案已經(jīng)無法滿足自動(dòng)駕駛的算力需求。芯片最終是為車企的車載計(jì)算平臺(tái)服務(wù)的，在 “軟件定義汽車”的情況下，解決智能駕駛系統(tǒng)計(jì)算平臺(tái)的支撐問題，無法只通過芯片算力堆疊來實(shí)現(xiàn)。 ? 芯片是軟件的舞臺(tái)，衡量芯片優(yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn)，要看芯片之上的軟件能否最大化地發(fā)揮作用，算力和軟件之間需要有效匹配。兩款相同算力的芯片比較，能讓軟件運(yùn)行得更高效的芯片才是“好芯片”。決定算力真實(shí)值最主要因素是內(nèi)存（ SRAM和 DRAM)帶寬，還有實(shí)際運(yùn)行頻率（即供電電壓或溫度），以及算法的batch尺寸。 ? 單顆芯片算力TOPS是關(guān)鍵指標(biāo)，但并非唯一，自動(dòng)駕駛是一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)，需要車路云邊協(xié)同。所以它的較量除了芯還有軟硬協(xié)同還有平臺(tái)以及工具鏈等等。芯片算力的無限膨脹和硬件預(yù)埋不會(huì)是未來的趨勢(shì)，硬件也需要匹配實(shí)際。高背后是高功耗和低利用率的問題。 ? ? ?

05

事件相機(jī)簡介

簡介及工作機(jī)制? ? 事件相機(jī)的靈感來自人眼和動(dòng)物的視覺，也有人稱之為硅視網(wǎng)膜。生物的視覺只針 對(duì)有變化的區(qū)域才敏感，事件相機(jī)就是捕捉事件的產(chǎn)生或者變化的產(chǎn)生。、 ? 在傳統(tǒng)的視覺領(lǐng)域，相機(jī)傳回的信息是同步的，所謂同步，就是在某一時(shí)刻t，相機(jī)會(huì)進(jìn)行曝光，把這一時(shí)刻所有的像素填在一個(gè)矩陣?yán)锘貍?，產(chǎn)生一張照片。一張照 片上所有的像素都對(duì)應(yīng)著同一時(shí)刻。至于視頻，不過是很多幀的圖片，相鄰圖片間 的時(shí)間間隔可大可小，這便是幀率（frame rate），也稱為時(shí)延（time latency）。事件相機(jī)類似于人類的大腦和眼睛，跳過不相關(guān)的背景，直接感知一個(gè)場景的核心， 創(chuàng)建純事件而非數(shù)據(jù)。? ? 事件相機(jī)的工作機(jī)制是，當(dāng)某個(gè)像素所處位置的亮度發(fā)生變化達(dá)到一定閾值時(shí)，相機(jī)就會(huì)回傳一個(gè)上述格式的事件，其中前兩項(xiàng)為事件的像素坐標(biāo)，第三項(xiàng)為事件發(fā) 生的時(shí)間戳，最后一項(xiàng)取值為極性（polarity）0、1（或者-1、1），代表亮度是由低到高還是由高到低。? ? 就這樣，在整個(gè)相機(jī)視野內(nèi)，只要有一個(gè)像素值變化，就會(huì)回傳一個(gè)事件，這些所有的事件都是異步發(fā)生的（再小的時(shí)間間隔也不可能完全同時(shí)），所以事件的時(shí)間 戳均不相同，由于回傳簡單，所以和傳統(tǒng)相機(jī)相比，它具有低時(shí)延的特性，可以捕獲很短時(shí)間間隔內(nèi)的像素變化，延遲是微秒級(jí)的。 ?

? 在自動(dòng)駕駛領(lǐng)域的應(yīng)用? ? 當(dāng)今自動(dòng)駕駛領(lǐng)域所運(yùn)用的視覺識(shí)別算法，基本上都基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，視覺算法的運(yùn)算本質(zhì)上是一次次的卷積運(yùn)算。這種計(jì)算并不復(fù)雜，本質(zhì)上只涉及到加減乘除，也就是一種乘積累加運(yùn)算。但這種簡單運(yùn)算在卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中是大量存在的，這就對(duì)處理器的性能提出了很高的要求。 ? 以ResNet-152為例，這是一個(gè)152層的卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，它處理一張224*224大小的圖像所需的計(jì)算量大約是226億次，如果 這個(gè)網(wǎng)絡(luò)要處理一個(gè)1080P的30幀的攝像頭，他所需要的算力則高達(dá)每秒33萬億次，十分龐大。 ?

? 通過減少無效計(jì)算節(jié)約算力? ? 自動(dòng)駕駛領(lǐng)域99%的視覺數(shù)據(jù)在AI處理中是無用的背景。例如檢測鬼探頭，變化的區(qū)域是很小一部分，但傳統(tǒng)的視覺處理 仍然要處理99%的沒有出現(xiàn)變化的背景區(qū)域，這不僅浪費(fèi)了大量的算力，也浪費(fèi)了時(shí)間。亦或者像在沙礫里有顆鉆石，AI芯片和傳統(tǒng)相機(jī)需要識(shí)別每一顆沙粒，篩選出鉆石，但人類只需要看一眼就能檢測到鉆石，AI芯片和傳統(tǒng)相機(jī)耗費(fèi)的時(shí) 間是人類的100倍或1000倍。? ? 除了冗余信息減少和幾乎沒有延遲的優(yōu)點(diǎn)外，事件相機(jī)的優(yōu)點(diǎn)還有由于低時(shí)延，在拍攝高速物體時(shí)，傳統(tǒng)相機(jī)由于會(huì)有 一段曝光時(shí)間會(huì)發(fā)生模糊，而事件相機(jī)則幾乎不會(huì)。此外事件相機(jī)擁有真正的高動(dòng)態(tài)范圍，由于事件相機(jī)的特質(zhì)，在光強(qiáng)較強(qiáng)或較弱的環(huán)境下，傳統(tǒng)相機(jī)均會(huì)“失明”，但像素變化仍然存在，所以事件相機(jī)仍能看清眼前的東西。 ?

編輯：黃飛

?