將基于FPGA的神經(jīng)芯片植入深度學(xué)習(xí)

在東北大學(xué)渾南校區(qū)信息學(xué)館前，計算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院學(xué)生蔣承知的腳下有一個小小的、如螃蟹般的機(jī)器人緊緊地跟隨著他，寸步不離，正在對他的行為進(jìn)行“深度學(xué)習(xí)”，蔣承知則仔細(xì)地檢查著機(jī)器人的各項(xiàng)參數(shù)，并進(jìn)行詳細(xì)記錄。

蔣承知是東北大學(xué)的一名本科生，他和同伴于起、葉文強(qiáng)、甘淞元組成的創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)，將現(xiàn)場可編程門陣列FPGA神經(jīng)芯片運(yùn)用于人工智能深度學(xué)習(xí)領(lǐng)域，采用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，嘗試在芯片中模仿人腦以大規(guī)模的平行方式處理信息，目前項(xiàng)目組已成功實(shí)現(xiàn)將基于FPGA的神經(jīng)芯片植入到硬件資源進(jìn)行深度學(xué)習(xí)，并獲得大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目國家級資助。

深度學(xué)習(xí)是指通過學(xué)習(xí)樣本數(shù)據(jù)的內(nèi)在規(guī)律和深層特征，使神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)能夠像人一樣具備分析和自主學(xué)習(xí)新東西的能力，目前該技術(shù)在文字、圖像處理、語音識別、機(jī)器翻譯等領(lǐng)域，已經(jīng)取得很多成果。但隨著電子信息技術(shù)的發(fā)展，要求計算機(jī)能夠更加“任性”地服務(wù)于生活，需要機(jī)器本身能像人一樣識別與感知周圍的環(huán)境，并對復(fù)雜的環(huán)境作出正確的判斷，這對計算機(jī)深度學(xué)習(xí)的便捷性和低成本獲取提出了更高的要求。

目前，深度學(xué)習(xí)的實(shí)現(xiàn)平臺依賴于龐大的CPU/GPU集群，成本很高，在現(xiàn)實(shí)生活中很難實(shí)現(xiàn)和得到運(yùn)用。與此同時，傳統(tǒng)的嵌入式處理設(shè)備單片機(jī)ARM、DSP都無法實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí)的實(shí)時處理。

FPGA神經(jīng)芯片作為一款具有現(xiàn)場可編程功能的邏輯門電路元件，有著強(qiáng)大的并行處理數(shù)據(jù)能力和優(yōu)勢。卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)擁有強(qiáng)大的特征提取能力，使其在圖像分類識別、目標(biāo)跟蹤等領(lǐng)域運(yùn)用廣泛。蔣承知團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地將FPGA神經(jīng)芯片作為能夠?qū)崿F(xiàn)深度學(xué)習(xí)的嵌入式處理器，并把能夠極大提升計算機(jī)感知識別周圍環(huán)境能力的卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法應(yīng)用于基于FPGA的目標(biāo)跟蹤設(shè)備，使設(shè)備運(yùn)行速度大幅提高。經(jīng)過“流片”（即工業(yè)化試生產(chǎn)）后，體積大幅縮小的神經(jīng)芯片更適合于嵌入式應(yīng)用，從而使具備深度學(xué)習(xí)能力的設(shè)備制造成本大大降低。

這項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)的運(yùn)用范圍非常廣泛，可以在目標(biāo)識別、跟蹤、圖像處理、語音、自然語言等諸多領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)嵌入式運(yùn)用，只要設(shè)置不同的參數(shù)就可以滿足各個場景的需要。例如，將芯片與攝像頭連接，就能直接識別出所需要的目標(biāo)；將其植入機(jī)器人就可以完成目標(biāo)追蹤等較復(fù)雜的任務(wù)，市場化應(yīng)用潛力巨大。下一步，團(tuán)隊(duì)將緊跟技術(shù)發(fā)展的潮流研究基于神經(jīng)芯片的高質(zhì)量深度相機(jī)，使其能應(yīng)用于智能汽車以及無人駕駛領(lǐng)域，并積極推動神經(jīng)芯片在“互聯(lián)網(wǎng)+”相關(guān)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。