在人工智能的熱潮里，嵌入式該如何發(fā)展

人工智能(Artificial Intelligence)，英文縮寫(xiě)為AI。它是研究、開(kāi)發(fā)用于模擬、延伸和擴(kuò)展人的智能的理論、方法、技術(shù)及應(yīng)用系統(tǒng)的一門(mén)新的技術(shù)科學(xué)。 人工智能是計(jì)算機(jī)科學(xué)的一個(gè)分支，它企圖了解智能的實(shí)質(zhì)，并生產(chǎn)出一種新的能以人類(lèi)智能相似的方式做出反應(yīng)的智能機(jī)器，該領(lǐng)域的研究包括機(jī)器人、語(yǔ)言識(shí)別、圖像識(shí)別、自然語(yǔ)言處理和專(zhuān)家系統(tǒng)等。人工智能從誕生以來(lái)，理論和技術(shù)日益成熟，應(yīng)用領(lǐng)域也不斷擴(kuò)大，可以設(shè)想，未來(lái)人工智能帶來(lái)的科技產(chǎn)品，將會(huì)是人類(lèi)智慧的“容器”。

谷歌的AlphaGo已經(jīng)將人工智能推到眾人面前，不可否認(rèn)，人工智能已經(jīng)成為科技圈的下一個(gè)風(fēng)口!李開(kāi)復(fù)表示：“人工智能的到來(lái)，所帶來(lái)的改變絕對(duì)不僅僅是一個(gè)科技的改變，它對(duì)所有的行業(yè)都會(huì)重新定義與顛覆。”

身處這樣一個(gè)時(shí)代，我們?cè)撊绾慰创@場(chǎng)即將到來(lái)的風(fēng)暴呢?人工智能的應(yīng)用日益普及，其中哪些細(xì)分市場(chǎng)會(huì)是嵌入式相關(guān)企業(yè)重點(diǎn)關(guān)注的方向呢?嵌入式工程師又該如何把握住人工智能所帶來(lái)的重大機(jī)遇呢?帶著這些問(wèn)題，小編咨詢(xún)了好多人!

業(yè)界聲音

嵌入式系統(tǒng)開(kāi)啟人工智能的歷史進(jìn)程

北京航空航天大學(xué)教授 何立民

人工智能與嵌入式系統(tǒng)的關(guān)系，可用蘇軾《題西林壁》的詩(shī)句來(lái)形容，即“橫看成嶺側(cè)成峰，遠(yuǎn)近高低各不同。不識(shí)廬山真面目，只緣身在此山中”。長(zhǎng)期以來(lái)，形形色色的人工智能就在我的周?chē)覀儏s視而不見(jiàn)。為什么會(huì)出現(xiàn)這種現(xiàn)象?則要從兩個(gè)領(lǐng)域的人工智能說(shuō)起。

所說(shuō)的人工智能，就是以人工方式實(shí)現(xiàn)人類(lèi)智力的替代。人類(lèi)智力有“思維”與“行為”兩種方式。“思維”是大腦的獨(dú)立思考，“行為”是人類(lèi)個(gè)體與客觀世界的交互狀態(tài)，除了思考還要有對(duì)外部世界的感知與控制。AlphaGo屬于前者，它與李世石、柯潔對(duì)決，還要有代理人將它的思維能力轉(zhuǎn)化成對(duì)決的下棋行為。實(shí)現(xiàn)人工智能的行為方式，則非嵌入式系統(tǒng)莫屬。對(duì)此，人工智能領(lǐng)域人士，普遍將這兩種人工智能定義成“強(qiáng)人工智能”與“弱人工智能”。

AlphaGo之父哈薩比斯在劍橋大學(xué)演講中則用“通用人工智能”與“狹義人工智能”來(lái)區(qū)分?？傊?，所有專(zhuān)家都認(rèn)可具有行為能力的“弱人工智能”。

具有行為能力的“弱人工智能”就是智能化工具，即MCU基礎(chǔ)上的嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)，已有40多年歷史。無(wú)怪乎約翰•麥卡錫這位50年代提出人工智能概念的學(xué)者，感嘆于我們?nèi)粘Ｉ钪忻刻於荚谑褂萌斯ぶ悄?，抱怨?ldquo;一旦一樣?xùn)|西用人工智能實(shí)現(xiàn)了，人們就不再叫它人工智能了”。

可以驕傲地說(shuō)，單片機(jī)、嵌入式系統(tǒng)開(kāi)啟了人工智能的歷史進(jìn)程，我們所做的一切都是人工智能的那些事兒。

人工智能要與產(chǎn)業(yè)深度結(jié)合

北京云知聲信息技術(shù)有限公司 技術(shù)部和市場(chǎng)部

人工智能是基礎(chǔ)的技術(shù)資源，它有著改變?nèi)藗兊乃季S與生活方式、變革社會(huì)的巨大潛力。從更大的格局看，萬(wàn)物智聯(lián)時(shí)代正在到來(lái)，未來(lái)將從“以設(shè)備為中心”進(jìn)步為“以用戶(hù)為中心”、“以數(shù)據(jù)為中心”。通過(guò)人工智能技術(shù)，萬(wàn)物對(duì)人類(lèi)的服務(wù)將變得“主動(dòng)”，它們可以通過(guò)芯片感知人們的生活指標(biāo)，并主動(dòng)提供舒適的服務(wù)，例如天熱了空調(diào)自動(dòng)開(kāi)啟降溫，燈光可隨外界光線和用戶(hù)需求自動(dòng)調(diào)整亮度等。另外，語(yǔ)音交互等更自然的人機(jī)交互方式，或許會(huì)取代遙控器或觸摸屏等，讓生活更加便捷。業(yè)界普遍認(rèn)為人工智能的三個(gè)發(fā)展階段包括感知智能、認(rèn)知智能和通用人工智能(AGI)。感知指語(yǔ)音、語(yǔ)言、圖像、手勢(shì)等;認(rèn)知指理解、記憶、知識(shí)、推理、規(guī)劃、決策、創(chuàng)造等;通用人工智能指類(lèi)似人類(lèi)的思維。其中，感知是人機(jī)交互中最重要的一環(huán)，為人工智能提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。這三個(gè)階段需要循序漸進(jìn)。目前階段，人工智能的目標(biāo)并不是讓機(jī)器模擬人的全部行為，而是在某些特定領(lǐng)域超過(guò)人類(lèi)專(zhuān)家的水平、有能力高效地解決專(zhuān)業(yè)問(wèn)題，從而對(duì)人類(lèi)提供實(shí)用的服務(wù)。

嵌入式是在小板子上跑的系統(tǒng)，非嵌入式是在機(jī)房服務(wù)器上跑的，另外還有云端跑的軟件，PC上跑的也是非嵌入式的。嵌入式工程師的主要工作有信息采集(比如mic語(yǔ)音采集)、人機(jī)交互(例如分析結(jié)果的顯示、語(yǔ)音播報(bào)等)、設(shè)備控制(比如空調(diào)控制)，還有輕量級(jí)的人工智能算法，完全可以在嵌入式設(shè)備上實(shí)現(xiàn)，比如我們的公司的離線語(yǔ)音識(shí)別算法。隨著人工智能算法的成熟及優(yōu)化、嵌入式芯片運(yùn)算能力的提升，很多原來(lái)在云端或者工作站上實(shí)現(xiàn)的功能，在嵌入式系統(tǒng)上也能實(shí)現(xiàn)。

云知聲公司利用機(jī)器學(xué)習(xí)平臺(tái)(包括深度學(xué)習(xí)、增強(qiáng)學(xué)習(xí)、貝葉斯學(xué)習(xí))，在語(yǔ)音技術(shù)、語(yǔ)言技術(shù)、知識(shí)計(jì)算、大數(shù)據(jù)分析等領(lǐng)域建立了領(lǐng)先的核心技術(shù)體系，這些技術(shù)共同構(gòu)成了云知聲完整的人工智能技術(shù)圖譜。在應(yīng)用層面，AI芯、AIUI、AI Service技術(shù)架構(gòu)支撐起云知聲核心技術(shù)的落地和實(shí)現(xiàn)，目前已經(jīng)在家居、汽車(chē)、醫(yī)療和教育等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用，形成了完整的“云端芯”生態(tài)閉環(huán)。目前，云知聲有前端信號(hào)處理團(tuán)隊(duì)(主要在嵌入式端)、人工智能算法團(tuán)隊(duì)(嵌入式端和云端)、語(yǔ)音識(shí)別和自然語(yǔ)言理解團(tuán)隊(duì)，還有芯片團(tuán)隊(duì)(提供嵌入式平臺(tái))。

由于產(chǎn)業(yè)需求的提升，人工智能目前的發(fā)展勢(shì)頭很足，但是應(yīng)該注重人工智能與產(chǎn)業(yè)的深度結(jié)合，如果脫離產(chǎn)業(yè)，這一輪人工智能浪潮可能還會(huì)“冷下去”。因此，打造人工智能產(chǎn)業(yè)生態(tài)很重要。

工程師應(yīng)該考慮如何添加AI

賽靈思戰(zhàn)略市場(chǎng)開(kāi)發(fā)總監(jiān) Andy Walsh

很顯然，近期推動(dòng)AI崛起的機(jī)器學(xué)習(xí)創(chuàng)新正成為計(jì)算機(jī)科學(xué)的基本組成部分。我們預(yù)計(jì)在越來(lái)越多的領(lǐng)域中應(yīng)用編程將受益于機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，如云計(jì)算、嵌入式應(yīng)用等。計(jì)算機(jī)編程與網(wǎng)絡(luò)模型和訓(xùn)練數(shù)據(jù)組集之間的關(guān)系越來(lái)越密切，而與顯性編程和規(guī)則化決策之間的關(guān)系反倒不怎么密切了。

我認(rèn)為，視覺(jué)引導(dǎo)導(dǎo)向的系統(tǒng)將成為下階段AI發(fā)展與部署的重大領(lǐng)域之一。舉例來(lái)說(shuō)，要確保自動(dòng)駕駛汽車(chē)安全行駛，就必須提供相關(guān)智能，這是一項(xiàng)艱巨的挑戰(zhàn)，不僅需要充分利用AI創(chuàng)新，同時(shí)還會(huì)造成極大的產(chǎn)業(yè)影響，并有望對(duì)整個(gè)社會(huì)帶來(lái)巨大積極影響。

隨著時(shí)間的推移，一些簡(jiǎn)單的建議在機(jī)器學(xué)習(xí)領(lǐng)域越來(lái)越重要，要想方設(shè)法讓機(jī)器學(xué)習(xí)能夠在設(shè)計(jì)中整合AI。要確定AI如何為高效視覺(jué)引導(dǎo)導(dǎo)向的系統(tǒng)帶來(lái)增值，并明確針對(duì)多攝像頭和多傳感器專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)如何以實(shí)用高效的方式整合機(jī)器學(xué)習(xí)。機(jī)器學(xué)習(xí)并不能解決所有問(wèn)題，但為了交付極富競(jìng)爭(zhēng)力的新型嵌入式設(shè)計(jì)，系統(tǒng)工程師應(yīng)考慮如何添加AI，從而推動(dòng)產(chǎn)品發(fā)展演進(jìn)。工程師借助賽靈思技術(shù)可實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，能提供可重配置處理和連接功能，從而提供最高能效的機(jī)器學(xué)習(xí)推斷性能，而且為確保傳感器融合實(shí)現(xiàn)最高靈活性以及最高性能的計(jì)算機(jī)視覺(jué)處理，且無(wú)需針對(duì)每個(gè)設(shè)計(jì)都創(chuàng)建定制芯片。

AI面臨的一大挑戰(zhàn)就是如何以高能效方式實(shí)現(xiàn)高性能AI。AI領(lǐng)域的一項(xiàng)重要?jiǎng)?chuàng)新就是為模型推理采用低降精度數(shù)據(jù)類(lèi)型(訓(xùn)練后部署)，這樣所得的模型能將計(jì)算效率提升2-10倍，而精確度基本保持不變。賽靈思FPGA和MPSoC能提供最高效率的降精度AI推理，而且無(wú)需為不同的網(wǎng)絡(luò)或應(yīng)用創(chuàng)建定制芯片。

網(wǎng)友雜談

李 申

嵌入式系統(tǒng)的主頻、功耗一般比較低，計(jì)算能力相對(duì)較弱。人工智能算法的復(fù)雜度較高，很多情況下需要服務(wù)器、GPU的介入才能實(shí)現(xiàn)算法的實(shí)時(shí)性。然而，嵌入式產(chǎn)品也具備對(duì)人工智能算法的需求，如人臉識(shí)別、語(yǔ)音識(shí)別等。嵌入式系統(tǒng)可以作為復(fù)雜人工智能產(chǎn)品的數(shù)據(jù)采集終端，或者人機(jī)交互終端，依靠云端完成人工智能系統(tǒng)的復(fù)雜計(jì)算任務(wù)。但是，網(wǎng)絡(luò)接入的流量限制和帶寬限制會(huì)影響用戶(hù)體驗(yàn)的流暢性和實(shí)時(shí)性，“離線”人工智能計(jì)算引擎的開(kāi)發(fā)顯得非常有必要。值得一提的是，F(xiàn)PGA具備功耗低、并行度高、計(jì)算能力強(qiáng)、功能定制靈活的特點(diǎn)，有可能成為未來(lái)“離線”人工智能產(chǎn)品的主要計(jì)算部件。

當(dāng)FPGA作為算法加速部件出現(xiàn)時(shí)，產(chǎn)品的設(shè)計(jì)可以考慮采取CPU+FPGA的架構(gòu)，CPU與ARM可通過(guò)雙口RAM、DDR、總線等方式進(jìn)行通信，也可以在FPGA內(nèi)部構(gòu)造軟核，用來(lái)移植部分對(duì)實(shí)時(shí)性要求不高的代碼。

目前，主流的FPGA廠商已經(jīng)開(kāi)始將CPU硬核(如ARM)與FPGA集成到一個(gè)IC內(nèi)部，與軟核相比，這些硬核具備更強(qiáng)的計(jì)算能力，與片內(nèi)FPGA之間的交互更加方便。同時(shí)，片內(nèi)FPGA為系統(tǒng)的可定制化及復(fù)雜算法的硬件加速提供了保證，這種結(jié)構(gòu)為“離線”人工智能嵌入式產(chǎn)品的設(shè)計(jì)拓寬了思路。

尚志啟

信息技術(shù)飛速發(fā)展的今天，為人類(lèi)帶來(lái)了極大的便利，即時(shí)通信以及各類(lèi)移動(dòng)終端的出現(xiàn)，也相應(yīng)地產(chǎn)生了一些數(shù)據(jù)，所以要進(jìn)行數(shù)據(jù)的收集以及處理。為了更完美地處理數(shù)據(jù)，誕生了更強(qiáng)的算法和效率更高的CPU，并且有了人工智能，這些都是對(duì)硬件的考驗(yàn)。

2016、2017年，AlphaGo分別與李世石、柯潔對(duì)弈，從谷歌2015年公布的數(shù)據(jù)來(lái)看，阿爾法狗使用了1202塊CPU以及176塊GPU，人工智能的推進(jìn)對(duì)硬件是一個(gè)極大的挑戰(zhàn)。

移動(dòng)支付和自動(dòng)駕駛為生活提供了極大的便捷，與硬件貼切的就是嵌入式，嵌入式可能在生活中很少有人提到，但我們現(xiàn)在所使用與智能有關(guān)的都離不開(kāi)嵌入式，如智能手表、微波爐等。

在人工智能時(shí)代，強(qiáng)大的算法也不會(huì)拘泥于PC機(jī)實(shí)現(xiàn)，需要落地的話，就要依賴(lài)嵌入式承載。嵌入式在智能手機(jī)上的應(yīng)用已經(jīng)足以證明，未來(lái)出現(xiàn)的機(jī)器人一定會(huì)使用嵌入式的技術(shù)，所以說(shuō)對(duì)于嵌入式系統(tǒng)的需求已經(jīng)非常迫切，期待能夠出現(xiàn)顛覆智能手機(jī)的嵌入式便攜移動(dòng)終端。

編輯觀點(diǎn)

嵌入式工程師在人工智能時(shí)代當(dāng)然是可以大有所為的，舉個(gè)冰箱自己買(mǎi)雞蛋的例子，這個(gè)過(guò)程是這樣的：首先冰箱感應(yīng)到缺少雞蛋，然后給超市發(fā)訂單，再將訂單信息發(fā)給主人，最后主人支付訂單，完成后超市就可以發(fā)貨了。這一系列的過(guò)程都是在嵌入式基礎(chǔ)上完成的。智慧交通、智慧城市、智能家居、智能醫(yī)療、智能手機(jī)等行業(yè)都離不開(kāi)嵌入式系統(tǒng)，在這個(gè)智能生態(tài)圈內(nèi)，不管智能硬件怎么改變，也都是在嵌入式行業(yè)之內(nèi)的。