物聯(lián)網(wǎng)加速AI在邊緣計算中的應(yīng)用

7月27日，英特爾在北京召開了主題為“智能端到端，英特爾變革物聯(lián)網(wǎng)”的視覺解決方案及策略發(fā)布會。在此次發(fā)布會上，英特爾面向中國市場推出了基于英特爾硬件平臺的專注于加速深度學(xué)習(xí)的OpenVINO工具包，可幫助企業(yè)在邊緣側(cè)快速實現(xiàn)高性能計算機視覺與深度學(xué)習(xí)的開發(fā)。

物聯(lián)網(wǎng)加速人工智能在邊緣計算中的應(yīng)用

此前人工智能的很多運算處理都是發(fā)生在服務(wù)器、數(shù)據(jù)中心這樣的云端，因為只有在這樣的一個環(huán)境里面才能提供強大計算力和便利的支撐。但是，隨著物聯(lián)網(wǎng)時代的到來，將會有越來越多的設(shè)備和傳感器接入網(wǎng)絡(luò)，情況正在發(fā)生改變。

根據(jù)IDC預(yù)測，到2020年全球會有超過500億的智能設(shè)備，超過2120億個傳感器。這也意味著每天都將會產(chǎn)生海量的數(shù)據(jù)。

根據(jù)研究機構(gòu)預(yù)測，隨著物聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，到2020年每個互聯(lián)網(wǎng)用戶每天將生成約1.5GB的數(shù)據(jù)，一個智能醫(yī)院每天將產(chǎn)生超過3000GB的數(shù)據(jù)；每臺自動駕駛汽車每天將生成超過4000 GB的數(shù)據(jù)；聯(lián)網(wǎng)飛機每天將產(chǎn)生超過40000GB數(shù)據(jù)；一個智慧工廠聯(lián)網(wǎng)，假如說有一千多臺設(shè)備，每臺設(shè)備上有很多個傳感器，時時刻刻都會產(chǎn)生數(shù)據(jù)，那么整個智慧工廠每天產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量將是1PB。到2020年全世界每天產(chǎn)生的數(shù)據(jù)總量將是44ZB。（注：1ZB就是1000EB，1EB是1000PB、1個PB是1000TB，1TB是1000個GB。）

面對如此海量的數(shù)據(jù)，如果仍然只是依靠云端來做數(shù)據(jù)處理的化，這將對云端的計算力和網(wǎng)絡(luò)帶寬都帶來了極大的挑戰(zhàn)。雖然計算力和通信技術(shù)也在不斷發(fā)展，但是這個速度還是難以趕上數(shù)據(jù)增長的速度。所以，邊緣計算，即數(shù)據(jù)在終端側(cè)進(jìn)行人工智能分析和處理早已是大勢所趨勢。

IDC預(yù)測，到2018年將有45%的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)需要在邊緣進(jìn)行存儲處理和分析（足見物聯(lián)網(wǎng)對于在終端側(cè)部署人工智能需求的增長之快），有50%的物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)會面臨帶寬的問題。正是由于物聯(lián)網(wǎng)所帶來的海量數(shù)據(jù)的增長以及對于帶寬的極大挑戰(zhàn)，在終端側(cè)部署人工智能已經(jīng)變得非常必要。

而且，在終端側(cè)部署人工智能，還有著數(shù)據(jù)處理的實時性更高、低延時，更低的帶寬需求的優(yōu)勢。比如在自動駕駛領(lǐng)域，對應(yīng)這方面的要求就非常的高。

另外，在終端側(cè)部署人工智能也有利于數(shù)據(jù)隱私的保護(hù)。因為很多用戶是不希望把數(shù)據(jù)上傳到云端的，希望這些數(shù)據(jù)在本地進(jìn)行處理，本地處理完以后，上傳的是一些是經(jīng)過處理完以后的特殊的數(shù)據(jù)，對隱私保護(hù)相對比較高的場景，也需要一些數(shù)據(jù)放在邊緣進(jìn)行處理。

可以說，隨著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，正在加速人工智能在邊緣計算中的應(yīng)用，但是這并不意味著云端人工智能就不需要了、就會走向消亡。云端人工智能它能夠把數(shù)據(jù)源進(jìn)行匯總，它能夠做一些更綜合的應(yīng)用。如果要給用戶提供一個完整的人工智能服務(wù)和解決方案，一定是一種邊緣與云端協(xié)同的端到端的人工智能解決方案。

目前，包括英特爾在內(nèi)的一些廠商都能夠提供端到端的架構(gòu)了，所以現(xiàn)在“分布式計算”的概念已經(jīng)是一個比較成熟的概念。也就是說，做云端解決方案的人需要把它的架構(gòu)切到邊緣來，幫助解決邊緣的問題。

在英特爾看來，“視頻（攝像頭）是物聯(lián)網(wǎng)的終極傳感器”。確實，在邊緣側(cè)，視頻所帶來的信息流是最為龐大的。值得注意的是，2016年-2012年網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控流量增長了700%。也就是說，在物聯(lián)網(wǎng)時代，視頻將是人工智能應(yīng)用爆發(fā)的一個關(guān)鍵點。因此，視頻監(jiān)控領(lǐng)域也成為了英特爾端到端人工智能方案的切入重點。

英特爾的全棧式AI硬件解決方案

對于英特爾來說，在云端的服務(wù)器及數(shù)據(jù)中心市場，英特爾是絕對的老大，市場占有率超過9成。針對這塊市場，英特爾擁有Xeon處理器與Xeon Phi處理器，以及能支持各種對特定運行負(fù)載進(jìn)行最佳化的加速器，包括現(xiàn)場可編程化邏輯閘陣列(FPGA)，以及Nervana。

相對來說，CPU并不適合用來做人工智能運算，不過英特爾依然能夠通過集成的GPU，再結(jié)合FPGA來實現(xiàn)云端的人工智能運算加速。更何況，英特爾2016年還以4億美元的高價收購了機器學(xué)習(xí)初創(chuàng)公司Nervana，將推出一款專為深度學(xué)習(xí)而打造的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理器。

在終端側(cè)，英特爾除了可以利用其現(xiàn)有的針對終端的CPU、集顯、FPGA產(chǎn)品之外，2016年9月，英特爾收購了計算機視覺芯片公司Movidius，開始加碼終端側(cè)的人工智能布局。Movidius的Myriad 系列 VPU目前有被大疆Spark無人機、谷歌Clips相機等知名廠商的產(chǎn)品采用。去年，英特爾還推出了針對終端設(shè)備進(jìn)行人工智能加速的Movidius神經(jīng)計算棒。

▲英特爾副總裁兼物聯(lián)網(wǎng)事業(yè)部中國區(qū)總經(jīng)理陳偉博士

“我們英特爾有自己的CPU，有自己集顯GPU，在加上我們的MovidiusNervana這些加速技術(shù)，還有FPGA，至少從硬件的角度來講，我們是可以根據(jù)應(yīng)用去勾勒出一個功耗、成本最優(yōu)化的端到端的全棧式解決方案，這是我們的一個起點。”英特爾副總裁兼物聯(lián)網(wǎng)事業(yè)部中國區(qū)總經(jīng)理陳偉博士表示：“要獲得好的人工智能體驗，就需要有多元的、高質(zhì)量的硬件平臺，但是，將這些硬件直接應(yīng)用到人工智能應(yīng)用上，還有很多的壁壘。主要的壁壘是怎么樣能夠深度的挖掘和充分的運用硬件的能力?！?/p>

我們都知道，同樣一種人工智能算法，應(yīng)用到不同的硬件平臺上，所得到的效果差異會非常的大。因為一種算法通過是根據(jù)某個硬件平臺來優(yōu)化的。

由于不同的網(wǎng)元所能提供的計算量是不一樣的，它能夠支撐的操作系統(tǒng)也各不相同的，因此有各自適用的不同的芯片架構(gòu)。而不同的芯片往往有各自不同的開發(fā)方法，這樣對開發(fā)者而言就帶來一定的困擾，也就是說如果我們?yōu)槟骋环N芯片所開發(fā)的軟件換了一個架構(gòu)以后，它可能是不適用的，這樣無形中就增加了開發(fā)的門檻。

那么如何讓終端廠商能夠輕松的采用同樣一套AI算法，輕松實現(xiàn)從云端到終端側(cè)的跨平臺部署，并發(fā)揮出各個硬件平臺的能力呢？對此英特爾推出了全新的視覺推理和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化工具套件OpenVINO。

強大的OpenVINO工具包

OpenVINO是英特爾基于自身現(xiàn)有的硬件平臺開發(fā)的一種可以加快高性能計算機視覺和深度學(xué)習(xí)視覺應(yīng)用開發(fā)速度工具套件，支持各種英特爾平臺的硬件加速器上進(jìn)行深度學(xué)習(xí)，并且允許直接異構(gòu)執(zhí)行。

具體來看，OpenVINO包括英特爾深度學(xué)習(xí)部署工具包，具有模型優(yōu)化器和推理引擎，以及面向OpenCV和OpenVx的優(yōu)化的傳統(tǒng)計算機視覺庫。OpenVINO工具包可通過基于英特爾架構(gòu)的處理器（CPU）及核顯（Integrated GPU）和深度學(xué)習(xí)加速器（FPGA、Movidius VPU）的深度學(xué)習(xí)加速芯片，增強視覺系統(tǒng)功能和性能。

▲英特爾中國區(qū)物聯(lián)網(wǎng)事業(yè)部首席技術(shù)官兼首席工程師張宇博士

“在計算機視覺領(lǐng)域，業(yè)界有兩類方法被廣泛的使用。一類是深度學(xué)習(xí)的方法（主要做物體檢測、目標(biāo)識別），另外一類是傳統(tǒng)的計算機視覺的方法（比如做光流的計算或者圖像的增強），這兩類方法實際上都有在被使用。在OpenVINO里面，我們對這兩類方法都有很好的支持（針對后一種，英特爾在OpenVINO中集成了媒體軟件開發(fā)套件MediaSDK，可幫助開發(fā)者調(diào)用英特爾CPU里面集成GPU資源來實現(xiàn)視頻的編碼、解碼以及轉(zhuǎn)碼的操作）。OpenVINO包含一個深度學(xué)習(xí)的部署工具套件，這個工具套件可以幫助開發(fā)者，把已經(jīng)訓(xùn)練好的網(wǎng)絡(luò)模型部署到目標(biāo)平臺之上進(jìn)行推理操作，所以O(shè)penVINO是幫助大家做推理的，而不是幫助大家做訓(xùn)練的。我們是幫助大家把這些訓(xùn)練的結(jié)果更好的、更快的能夠部署到英特爾的目標(biāo)平臺上做推理操作?！庇⑻貭栔袊鴧^(qū)物聯(lián)網(wǎng)事業(yè)部首席技術(shù)官兼首席工程師張宇博士解釋到。

目前比較流行的深度學(xué)習(xí)的框架主要有Caffe、TensorFlow、MxNet，英特爾在設(shè)計OpenVINO的時候考慮到了目前開發(fā)者的習(xí)慣，所以模型優(yōu)化器通過配置以后可以把這三個主要的開發(fā)框架上所開發(fā)的網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)氲接⑻貭柕钠脚_上，而且導(dǎo)入的過程中，英特爾會根據(jù)目標(biāo)平臺的特性做一定的優(yōu)化，把這些優(yōu)化的結(jié)果轉(zhuǎn)換成中間表述文件——IR文件。這個文件里會包含優(yōu)化以后的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，以及優(yōu)化之后的模型參數(shù)和模型變量。這個IR文件后面會被推理引擎進(jìn)行讀取，推理引擎會根據(jù)開發(fā)者所選用的目標(biāo)平臺去選用相應(yīng)的硬件插件。目前，OpenVINO可支持英特爾的CPU的插件、GPU插件、FPGA的插件以及Myriad VPU的插件。

總結(jié)一下英特爾的OpenVINO?工具套件能帶來的一些優(yōu)勢：首先是性能方面的提升，因為通過OpenVINO，大家可以方便的使用英特爾的各種硬件的加速資源，包括CPU、GPU、VPU、FPGA，這些資源能夠幫助大家提升深度學(xué)習(xí)的算法在做推理的時候的性能，而且這些執(zhí)行的過程中是支持異構(gòu)處理和異步執(zhí)行的，這樣的話能夠減少由于系統(tǒng)資源等待所占用的時間。另外，OpenVINO?使用了經(jīng)過優(yōu)化以后的OpenCV和OpenVX，同時提供了很多應(yīng)用示例，可以縮短開發(fā)時間。這些庫都支持異構(gòu)的執(zhí)行，所以大家如果編程的話，編寫一次，以后就可以通過異構(gòu)的接口支撐跑在其他的硬件平臺之上。

另外在深度學(xué)習(xí)方面，OpenVINO帶有模型優(yōu)化器、推理引擎以及超過20個預(yù)先訓(xùn)練的模型，大家可以利用給大家提供的這些工具，快速的實現(xiàn)自己基于深度學(xué)習(xí)的應(yīng)用，而且OpenVINO?使用了OpenCV、OpeenVX的基礎(chǔ)庫，大家可以利用這些基礎(chǔ)庫去開發(fā)自己特定的算法，實現(xiàn)自己的定制和創(chuàng)新。

根據(jù)英特爾公布的數(shù)據(jù)顯示，通過OpenVINO的提升，如果在英特爾的酷睿i77800X這個處理器平臺上去跑Google Nex這樣的一些開放網(wǎng)絡(luò)，它的相應(yīng)的性價比是目前市面上解決方案（NVIDIA Tesla P4）的兩倍以上。如果選用英特爾的FPGA的產(chǎn)品Altera 10 1150KLE PCIe卡，它的推理性能/功耗/成本比值的綜合考量的因素性能大概能達(dá)到NVIDIA Tesla P4的1.4倍以上。如果是基于Movidius平臺的Myriad 2 VPU，其經(jīng)過優(yōu)化的性能/功耗/成本的比值相比NVIDIA Tegra TX2 Jetson模塊將提升5倍以上，所以我們從中可以看到，使用OpenVINO在英特爾硬件平臺上所帶來的提升還是非常明顯的。

客戶怎么看？

現(xiàn)在圖象處理的算法實際上是非常多樣化的，圖象處理除了人臉識別以外，還有車輛分析、結(jié)構(gòu)化分析、行為分析等等，比如智能安防領(lǐng)域里基本上已經(jīng)很難有一個場景說只需要一種算法，絕大部分都是要多種算法融合。所以，異構(gòu)計算應(yīng)該是一個趨勢。

作為英特爾的合作伙伴代表，宇視研發(fā)副總裁兼AI產(chǎn)品線總監(jiān)湯立波表示：“OpenVINO有幾個非常重要的價值，第一個就是可以通過一次訓(xùn)練來滿足不同的硬件平臺。在我們這個行業(yè)，所有的產(chǎn)品在不同位置、不同場景的產(chǎn)品，對芯片的要求是不一樣的。比如它的功耗承受能力不一樣，性能要求也不一樣。所以我們在不同的產(chǎn)品上要用不同的芯片。以前是怎么辦呢？是在不同的硬件平臺就芯片上面落地的時候，研究開發(fā)人員是要多次的開發(fā)，產(chǎn)生了大量的人力的浪費，而且大家知道現(xiàn)在人工智能這么火，人力的成本是非常高昂的，通過OpenVINO這樣一個方式，我們可以大量的節(jié)省成本，這也是一個好處?！?/p>

在本次發(fā)布會上，國內(nèi)知名的人工智能廠商云從科技還率先在國內(nèi)發(fā)布了首款基于OpenVINO工具包開發(fā)的產(chǎn)品，并已開始進(jìn)行大規(guī)模量產(chǎn)。

“2017年，我們自己開始準(zhǔn)備推出我們自己基于英特爾平臺的產(chǎn)品，隨后就做了一款產(chǎn)品，外觀上一般，但是產(chǎn)品很不錯，因為有英特爾X86里面的并行計算的模塊，更主要的是有OpenVINO的核心模塊在里面。基于這個，我們在人工智能以及各行業(yè)的廣泛應(yīng)用上，得到了很好的開發(fā)。現(xiàn)在這款產(chǎn)品，我們已經(jīng)在幾十家行業(yè)客戶，以及幾百個行業(yè)網(wǎng)點做推廣，也是有賴于英特爾成熟的生態(tài)體系。一款產(chǎn)品同時支持幾十家不同客戶需求的時候，無論是算法還是應(yīng)用不同的需求都能夠得心應(yīng)手，當(dāng)然這里面有很多英特爾同事的支持，因為我們選擇了一個合適的平臺?！痹茝目萍柬椖靠偙O(jiān)李軍這樣總結(jié)到。