面對(duì)AI終端市場需求，定制AI芯片將成為趨勢(shì)

（文章來源：雷鋒網(wǎng)）

隨著AI算法的逐步成熟以及芯片算力的提升，歷經(jīng)幾年的熱潮之后，AI技術(shù)只有落地應(yīng)用才能獲得進(jìn)一步的發(fā)展。不過，算法需求與芯片算力不匹配的需求成為了AI落地的一大障礙，AI軟硬一體化成為關(guān)鍵。但在軟硬一體化提高效率的同時(shí)，如何滿足多樣化的需求也非常關(guān)鍵，定制化成為了趨勢(shì)。

這一輪AI熱潮，不僅讓越來越多的人認(rèn)識(shí)和了解了AI技術(shù)，AI也正在成為每臺(tái)智能設(shè)備日常工作的一部分。事實(shí)證明，深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(DNN)非常有用，但是AI的進(jìn)一步發(fā)展和落地仍有很多挑戰(zhàn)。比如，如何使得現(xiàn)有解決方案跟上發(fā)展趨勢(shì)？如何擴(kuò)展解決方案？如何以成熟的工具鏈縮短TTM（Time to Market）和降低成本？

面對(duì)這些問題，需要整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的協(xié)作，共同滿足市場的需求。根據(jù)市場研究機(jī)構(gòu)的報(bào)告，到2022年，全球具有計(jì)算機(jī)視覺/機(jī)器視覺相繼的規(guī)模將超過15億個(gè)，包括智能手機(jī)、安防、消費(fèi)電子、汽車圖像傳感器、工業(yè)等。這就意味著，定制化的AI加速器可以更好地滿足市場的不同需求，但與此同時(shí)，AI在邊緣端的落地也面臨挑戰(zhàn)。CEVA營銷副總裁Moshe Sheier認(rèn)為，在邊緣AI中，AI的落地面臨的問題就是數(shù)據(jù)量太大且運(yùn)算太復(fù)雜，芯片的算力非常關(guān)鍵。

Moshe Sheier近日接受雷鋒網(wǎng)采訪時(shí)表示，AI算法公司在做落地項(xiàng)目的時(shí)候，受困于硬件算力不足的問題，可能會(huì)犧牲很多特性。所以我們現(xiàn)在希望算法公司能夠向芯片公司提出更多的需求，讓芯片的設(shè)計(jì)能夠更好地滿足算法需求。只有算法的效率提高了，AI才能更好的落地。

提到效率，無法避開的問題就是AI到底需要專用還是通用的芯片，通用的芯片能夠更好適應(yīng)算法的演進(jìn)，但算力不及專用芯片。Moshe Sheier認(rèn)為，AI加速器一定是一個(gè)趨勢(shì)，同時(shí)，視頻DSP在AI中非常重要，因?yàn)锳I算法還有很多不確定性。如今算法公司不會(huì)只采用一種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，而是會(huì)進(jìn)行組合。運(yùn)行多個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型就一定會(huì)涉及對(duì)結(jié)果進(jìn)行CV的處理，這時(shí)候CPU可能會(huì)面臨一些瓶頸。我們的XM DSP針對(duì)了所有流行的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)都進(jìn)行了優(yōu)化，能夠更好的滿足多神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的算法。

基于對(duì)流行神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)特征的理解，CEVA在今年9月推出了第二代面向邊緣設(shè)備的AI推理處理器架構(gòu)NeuPro-S，NeuPro-S系列包括NPS1000、NPS2000和NPS4000，它們是每個(gè)周期分別具有1000、2000和4000個(gè)8位MAC的預(yù)配置處理器。NPS4000具有最高的單核CNN性能，在1.5GHz時(shí)可達(dá)到12.5 TOPS，并且可完全擴(kuò)展，最高可達(dá)到100 TOPS。

根據(jù)官方的說法，與CEVA第一代AI處理器相比，NeuPro-S的性能平均提升50%，內(nèi)存帶寬和功耗分別降低了40%和30%。這種性能的提升主要來自硬件還是軟件的優(yōu)化？Moshe Sheier表示主要是來自硬件，因?yàn)镃EVA在NeuPro-S中增加了離線的權(quán)重壓縮和硬件的權(quán)重解壓縮。

之所以要這么做，是因?yàn)樯窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)與視頻編解碼不太一樣，即便很小的圖片，引入卷積后權(quán)重的數(shù)據(jù)量非常大，因此帶寬成為了AI處理器的瓶頸。而CEVA采用的多重權(quán)重壓縮，可分為兩種方式，一種是零值和非零值，可以用4bit或者8bit表示，另一種是通過查表的方式，通過共用權(quán)重，只傳一次數(shù)據(jù)，減少對(duì)帶寬的需求。

不僅如此，NeuPro-S還支持多級(jí)內(nèi)存系統(tǒng)。具體而言，就是加入了L2內(nèi)存的支持，用戶通過設(shè)置L2的大小，可以盡量把數(shù)據(jù)放在L2的緩存，減少使用外部SDRAM，降低傳輸成本。Moshe Sheier指出，硬件增加L2并不復(fù)雜，CEVA主要的工作是在我們CNDD軟件框架中加入對(duì)L2內(nèi)存的支持。

因此，NeuPro-S相比上一代NeuPro非常重要的工作就是進(jìn)行帶寬的優(yōu)化，這樣才有可能達(dá)到理論設(shè)計(jì)的利用率。雷鋒網(wǎng)(公眾號(hào)：雷鋒網(wǎng))了解到，CEVA設(shè)計(jì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)引擎時(shí)最關(guān)注的問題就是乘法利用率，CEVA借助DSP設(shè)計(jì)的豐富經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)出的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)引擎理論的乘法利用率在80%-90%、雖然實(shí)際利用率會(huì)低于理論值，但NeuPro-S帶寬的增大將能夠減少數(shù)據(jù)的等待，能提高乘法利用率。

最終，經(jīng)設(shè)計(jì)優(yōu)化NeuPro-S，能夠?qū)吘壴O(shè)備中視頻和圖像中的物品進(jìn)行分割、檢測(cè)和分類神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，顯著提高系統(tǒng)感知性能。除了支持多級(jí)內(nèi)存系統(tǒng)以減少使用外部SDRAM的高成本傳輸，并支持多重壓縮選項(xiàng)和異構(gòu)可擴(kuò)展性，提升算力滿足AI算法的需求。
（責(zé)任編輯：fqj）