新芯片架構(gòu)瞄準(zhǔn)深度學(xué)習(xí)和視覺(jué)處理

　　當(dāng)「深度學(xué)習(xí)」不僅熱門，而且還趨近于技術(shù)成熟曲線的「沸點(diǎn)」時(shí)，對(duì)于另一波瞄準(zhǔn)深度學(xué)習(xí)、視覺(jué)處理的新創(chuàng)公司如雨后春筍般出現(xiàn)，也就一點(diǎn)都不令人驚訝了。

　　這次是一家稱為ThinCI（發(fā)音為‘Think-Eye’）的公司，由一位出身英特爾背景的資深工程師/架構(gòu)師Dinakar Munagala創(chuàng)辦。

　　然而，令人驚訝的是，這家位于美國(guó)加州的新創(chuàng)公司不僅有資本雄厚、擁有技術(shù)專精的大廠支持，而且還提供了一種獨(dú)特的「大規(guī)模平行架構(gòu)」，Munagala稱其為「專為視覺(jué)處理和深度學(xué)習(xí)而生「。

　　Munagala承諾，相較于其它深度學(xué)習(xí)/視覺(jué)處理方案，該公司目前專利申請(qǐng)中的芯片架構(gòu)可以帶來(lái)「兩個(gè)數(shù)量級(jí)的性能提升」。

　　從一座車庫(kù)開(kāi)始，并以有限的資金熬過(guò)6年之后，ThinCI在上個(gè)月公開(kāi)亮相。該公司最近還吸引了兩家大型一線汽車供貨商成為其機(jī)構(gòu)投資者，而且還有一批在技術(shù)領(lǐng)域聲譽(yù)顯赫的大廠成為其私人投資者。

　　這兩家汽車供貨商分別是DENSO InternaTIonal America， Inc.，以及Magna InternaTIonal Inc.。私人投資者包括ThinCI董事會(huì)主席和Tallwood Venture Capital的管理合伙人Dado Banatao、英特爾架構(gòu)部門前執(zhí)行副總裁、總經(jīng)理Dadi Perlmutter、巴斯夫（BASF）監(jiān)事會(huì)主席和戴姆勒（Daimler）監(jiān)事會(huì)成員Jurgen Hambrecht以及其他幾位背景雄厚的資深人士。

　　他們?yōu)槭裁赐顿YThinCI？Perlmutter認(rèn)為，「在整個(gè)職業(yè)生涯中，我非常欣賞簡(jiǎn)單和靈活性。我并不喜歡一些蠻橫粗暴的方法，但著重于研究新運(yùn)算問(wèn)題的瓶頸，并且經(jīng)由尋找新途徑發(fā)現(xiàn)克服瓶頸的方法。ThinCI就是這么做的。」

　　當(dāng)其它解決方案受限于數(shù)據(jù)的移入與移出，只為了填飽「饑餓」的巨大運(yùn)算引擎時(shí)，Perlmutter形容ThinCI運(yùn)算是一種「專為深度學(xué)習(xí)量身打造的繪圖分析法，省去了大量不必要的內(nèi)存存取程序。」

　　而其最終的結(jié)果如何？「它不僅加快了指令周期，而且降低了成本和功耗，」他補(bǔ)充說(shuō)。

　　Munagala說(shuō)自己從六年前開(kāi)始，就懷抱著開(kāi)發(fā)一種新芯片架構(gòu)，以滿足下一代技術(shù)（如深度學(xué)習(xí)）需求的夢(mèng)想，因此毅然決然地離開(kāi)英特爾。

　　然而，ThinCI并未透露其處理器架構(gòu)細(xì)節(jié)，而僅稱其為「一種革命性的繪圖串流處理器」 （Graph Streaming Pocessor）。Munagala解釋，它是指「一種大規(guī)模的平行架構(gòu)，專為同時(shí)處理任務(wù)圖形的多項(xiàng)運(yùn)算節(jié)點(diǎn)而設(shè)計(jì)?！?/p>

　　深度學(xué)習(xí)本質(zhì)上是以一組算法為基礎(chǔ)，透過(guò)具有多個(gè)處理層、由線性與非線性交易組成的深度繪圖，嘗試在數(shù)據(jù)中建模高層級(jí)抽象。

　　ThinCI架構(gòu)的獨(dú)特之處似乎就在于其處理深度繪圖的方式。

　　Munagala解釋，「ThinCI架構(gòu)利用極端平行為整個(gè)繪圖任務(wù)串流數(shù)據(jù)，」取代以多個(gè)處理層透過(guò)深度繪圖連續(xù)處理數(shù)據(jù)的方式。

　　正如Perlmutter所說(shuō)的， ThinCI處理器架構(gòu)的另一個(gè)關(guān)鍵要素是可編程性「。他解釋說(shuō)，許多人犯了針對(duì)特定方案進(jìn)行硬件客制的錯(cuò)誤，而歷史教訓(xùn)是：?jiǎn)栴}是不斷變化的，而程序設(shè)計(jì)人員擁有巨大的創(chuàng)造力。Perlmutter表示，ThinCI需要的是一種「對(duì)處理器進(jìn)行編程以實(shí)現(xiàn)可不斷發(fā)展新方案的方法?！?/p>

　　很顯然地，這正是ThinCI所提供的。Munagala指出，設(shè)計(jì)人員「在使用業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)API的同時(shí)，也受益于獨(dú)特的編程方法。這使其簡(jiǎn)化打造為其處理器優(yōu)化的深度網(wǎng)絡(luò)。

　　相較于市場(chǎng)上的其它處理器，Munagal以GPU為例指出，「盡管GPU已被用于深度學(xué)習(xí)（如Nvidia），但它并非為數(shù)據(jù)分析而設(shè)計(jì)的。它在視覺(jué)處理方面的效率不高，而且不僅功耗高、還需大量的內(nèi)存?！笵SP的問(wèn)題則是編程的效率低且復(fù)雜。

　　那么，硬線組件如何？也不可行！因?yàn)閷?duì)固定方案來(lái)說(shuō)，用于深度學(xué)習(xí)的算法變化太快。 而CPU「僅適于通用目的」，因?yàn)樗男懿患亚夜倪^(guò)高。

　　相形之下，ThinCI的視覺(jué)運(yùn)算引擎獨(dú)到之處在于它提供了「芯片上繪圖執(zhí)行」（on-die graph execuTIon）。它是專為加速卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（CNN）、深層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（DNN）和其它復(fù)雜算法而設(shè)計(jì)的。更重要的是，該公司表示，來(lái)自攝影機(jī)傳感器的資料「儲(chǔ)存和處理都在芯片上完成，而無(wú)需DRAM存取?！?/p>

　　圖1：ThinCI的視覺(jué)運(yùn)算引擎（VISCEN）硬件架構(gòu) 來(lái)源：ThinCI

　　因此，Munagala認(rèn)為，相較于其它的處理架構(gòu)，ThinCI的視覺(jué)運(yùn)算引擎可以帶來(lái)更高性能、更低功耗、可編程性以及更少內(nèi)存占用。

　　當(dāng)然，視覺(jué)處理SoC市場(chǎng)已開(kāi)始出現(xiàn)一些新的處理器。例如。最近被英特爾收購(gòu)的Movidius就是一個(gè)很好的例子。它提供專為嵌入式市場(chǎng)設(shè)計(jì)的視覺(jué)處理器。

　　針對(duì)目前在深度學(xué)習(xí)中使用的架構(gòu)，Munagala說(shuō)：「就性能/體積、性能/功耗指針來(lái)說(shuō)，ThinCI的解決方案更高出了13倍。」更重要的是，「就架構(gòu)來(lái)說(shuō)，我們的方案更具前瞻性，它能解決其它架構(gòu)無(wú)法解決的問(wèn)題?！顾瑫r(shí)還強(qiáng)調(diào)「簡(jiǎn)單編程模型」的重要性。

　　從兩家大型一線供貨商投資ThinCI來(lái)看，清楚地反映了三件事：第一，汽車產(chǎn)業(yè)對(duì)視覺(jué)處理和深度學(xué)習(xí)技術(shù)的巨大需求（他們認(rèn)為尚未看到全貌）；其次，對(duì)于讓自動(dòng)駕駛成為現(xiàn)實(shí)的堅(jiān)定承諾；最后，一線廠商特別需要看到技術(shù)上的突破，讓他們有足夠的籌碼與新貴金主平起平坐地談判。

　　只需看看去年7月宣布成立的Mobileye/Intel/BMW聯(lián)盟。很顯然地，一線供貨商都缺席了。

　　「DENSO一直在研究計(jì)算機(jī)視覺(jué)處理領(lǐng)域的新發(fā)展，而我們對(duì)ThinCI的投資更展現(xiàn)了堅(jiān)定信念，即ThinCI的技術(shù)將很快成為下一代自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的關(guān)鍵組件——未來(lái)的新系統(tǒng)需要先進(jìn)的運(yùn)算技術(shù)結(jié)合深度學(xué)習(xí)能力，」DENSO創(chuàng)投總監(jiān)Tony Cannestra在一份聲明中說(shuō)。

　　Magna技術(shù)長(zhǎng)Swamy Kotagiri也表示：「我們很高興能結(jié)合ThinCI在處理和軟件領(lǐng)域的強(qiáng)項(xiàng)，以及Magna對(duì)于汽車系統(tǒng)的整體理解。

　　ThinCI并不僅著眼于汽車市場(chǎng)。畢竟，汽車領(lǐng)域的進(jìn)展一向十分緩慢，特別是考慮到在最終生產(chǎn)前必須進(jìn)行的所有測(cè)試和認(rèn)證。但這對(duì)在其它領(lǐng)域?qū)ふ医跈C(jī)會(huì)的任何新創(chuàng)公司都意味深長(zhǎng)。

　　Munagala解釋，視覺(jué)處理和深度學(xué)習(xí)應(yīng)用「可以應(yīng)用在任何地方」，從自然用戶接口到監(jiān)控?cái)z影機(jī)甚至白色家電。

　　Perlmutter同意這樣的看法?！钙囍皇巧疃葘W(xué)習(xí)的一類應(yīng)用，但深度學(xué)習(xí)卻可因應(yīng)大量的新問(wèn)題類型。

　　他解釋說(shuō)，「創(chuàng)造適用于所有類似人類行為的適應(yīng)性方案，包括從視覺(jué)、語(yǔ)音，一直到巨量數(shù)據(jù)收集的優(yōu)化算法，以及復(fù)雜的BOT與輔助等。

　　Perlmutter認(rèn)為，深度學(xué)習(xí)成效卓著，特別是「當(dāng)我們從智能型手機(jī)轉(zhuǎn)移到增強(qiáng)實(shí)境（AR）類裝置時(shí)?！顾f(shuō)，「我們與AR裝置的互動(dòng)，以及需要它提供的復(fù)雜程度（在辦公室、制造廠房和旅途中），將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越當(dāng)今與智能型手機(jī)互動(dòng)的笨拙方式?！?/p>

　　值得慶幸的是，ThinCI在嵌入式市場(chǎng)的優(yōu)勢(shì)在于其視覺(jué)運(yùn)算引擎具有很高的可擴(kuò)展性。 Munagala說(shuō)：「我們能因應(yīng)從可穿戴式裝置到內(nèi)建通用軟件堆棧的服務(wù)器等領(lǐng)域的多樣化市場(chǎng)?！?/p>

　　圖2：新興應(yīng)用需要新的視覺(jué)處理技術(shù) 來(lái)源：ThinCI

　　根據(jù)ThinCI，其視覺(jué)運(yùn)算引擎架構(gòu)「已在2015年告一段落，其測(cè)試芯片也已經(jīng)完成驗(yàn)證了?！乖摴灸壳罢I措資金以實(shí)現(xiàn)計(jì)劃于2017年啟動(dòng)的首次芯片生產(chǎn)。從今年初開(kāi)始，ThinCI已經(jīng)完成其軟件工具套件的beta測(cè)試。

　　ThinCI的投資者對(duì)于該團(tuán)隊(duì)所提供的成果也信心滿滿。巴斯夫監(jiān)事會(huì)主席和戴姆勒監(jiān)事會(huì)成員Jurgen Hambrecht表示，由于「ThinCI擁有杰出的團(tuán)隊(duì)和能力」，讓他決定了個(gè)人投資。

　　Hambrecht更看好的是，「ThinCI將為多樣化的產(chǎn)業(yè)應(yīng)用帶來(lái)突破性的硬件軟件。」