嵌入式神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的“戰(zhàn)爭一觸即發(fā)”

隨著許多嵌入式系開始變得「智能」且「自主」，以人工智能(AI)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為導(dǎo)向的嵌入式系統(tǒng)市場即將起飛，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)加速器大戰(zhàn)一觸發(fā)。

嵌入式神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)加速器市場持續(xù)升溫，從智能音箱、無人機到智能燈泡等越來越多的系統(tǒng)準(zhǔn)備在本地執(zhí)行神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，以取代傳送至云端進(jìn)行運算的途徑。

Movidius副總裁兼總經(jīng)理Remi El-Ouazzane日前在接受訪問時，將這個成長中的趨勢定義為「讓事情變得更智能與自主的一場競賽」。

Remi El-Ouzaane，Movidius副總裁兼總經(jīng)理Remi El-Ouazzane

英特爾旗下子公司Movidius在上周推出了一款采用USB外形的獨立式人工智能(AI)加速器。 El-Ouazzane說，這款名為Movidius神經(jīng)運算棒(Neural Compute Stick)的AI加速器設(shè)計，可輕松簡單地插入Raspberry Pi或X86 PC，讓大學(xué)研究人員、獨立軟件開發(fā)人員與程序增補人員易于為嵌入式系統(tǒng)進(jìn)行編譯、調(diào)整以及加速深度學(xué)習(xí)應(yīng)用。

Movidius在去年秋天被英特爾收購后，如今已成為英特爾新技術(shù)部門的一部份。 Movidius之前曾經(jīng)開發(fā)出業(yè)界首款視覺處理器——Myriad 2 VPU。 如今，El-Ouazzane表示，推出這款運算棒的最終目標(biāo)在于讓Movidius VPU成為可在邊緣執(zhí)行神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的「參考架構(gòu)」。

Movidius Myria 2 VPU方塊圖盡管目標(biāo)遠(yuǎn)大，但業(yè)界分析師隨即指出，Movidius Myriad 2 VPU當(dāng)然不是嵌入式系統(tǒng)中可在邊緣執(zhí)行神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的唯一選擇。

催生新產(chǎn)品類別：神經(jīng)加速器

Tirias Research首席分析師Jim McGregor表示：「從技術(shù)上來看，您可以使用任何具有處理組件的開發(fā)板，并用于執(zhí)行一種模型。 例如機器學(xué)習(xí)(Machine learning)/AI模型已經(jīng)執(zhí)行于各種廣泛的處理器和SoC了，特別是針對行動領(lǐng)域。 」

高通(Qualcomm)以Snapdragon系列實現(xiàn)的影像辨識可說是最佳的例子。 高通從Snapdragon 820開始采用自家開發(fā)的模型，McGregor說：「Snapdragon基本上就是推理引擎」。

具有平行處理組件(如GPU、DSP和FPGA)的處理解決方案非常適于作為推理引擎。 McGregor解釋說，許多正在開發(fā)中的客制化芯片解決方案都采用可內(nèi)建于SoC的DSP或FPGA。

Linley Gwennap首席分析師Linley Gwennap對此表示贊同。 他在最近出刊的《微處理器報告》(Microprocessor Report)中寫道：高通、蘋果(Apple)和英特爾(Movidius)都在「打造一種新的產(chǎn)品類別：神經(jīng)加速器。 」

Gwennap解釋說，對于這些以客戶端為基礎(chǔ)的加速器需求來自于要求極低延遲的自動駕駛車。 Gwennap在該報告的評論中指出，在本地進(jìn)行處理的新技術(shù)將會開始「滲透至一些較低成本的應(yīng)用」。 他預(yù)測，「在消費裝置中，小型的神經(jīng)加速器可能是SoC中的一個重要區(qū)塊，就像是繪圖核心或圖像處理器一樣。 幾家知識產(chǎn)權(quán)(IP)供貨商開始提供這一類加速器，期望盡可能地降低額外的硬件成本。 」

Gwennap在的訪談中指出，Movidius Neural Compute Stick對于開發(fā)人員幾乎沒有什么不同。 「對于開發(fā)人員來說，這并沒什么不起。 典型的PC就能產(chǎn)生至少100GFLOPS，特別是如果它還內(nèi)建繪圖卡，直接在PC上進(jìn)行開發(fā)會更好。 對于需要較低功率處理器的嵌入式系統(tǒng)，高通Snapdragon 835提供超過250GOPS的效能，對于大多數(shù)的推理應(yīng)用來說都夠了。 」

不過，Movidius的El-Ouazzane并不贊同這樣的看法。

首先，Movidius Neural Compute Stick利用USB讓神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)更易于存取，有利于制造商或程序增補人員用于開發(fā)深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)原型或進(jìn)行調(diào)整。

其次是電源效率的問題。 El-Ouazzane指出，Movidius的解決方案可讓神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在邊緣運算時旳功耗小于2瓦(W)。

然后，還有成本的考慮。 El-Ouazzane說：「我認(rèn)為這是一個殺手級因素。 Movidius Neural Compute Stick要價79美元，可望讓神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展變得『超級普遍』。 」

他預(yù)期開發(fā)人員能使用Movidius的神經(jīng)運算平臺(Neural Compute Platform)應(yīng)用程序編程接口(API)，「將經(jīng)過訓(xùn)練的Caffe、前饋卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(CNN)輸入工具套件中，并進(jìn)行配置，然后編譯成一種可用于嵌入式部署的調(diào)整版本。 」

以AI為導(dǎo)向的嵌入式應(yīng)用?

隨著許多嵌入式系開始變得「智能」且「自主」，El-Ouazzane預(yù)計以AI為導(dǎo)向的嵌入式系統(tǒng)即將爆發(fā)。

但是，不久的將來即將出現(xiàn)什么樣的AI裝置?

McGregor預(yù)測，「我認(rèn)為在2025年以前，每個人所接觸的每一款新系統(tǒng)/平臺都將具有某種程度的AI元素，它可能內(nèi)建于裝置本身，或存在于網(wǎng)絡(luò)、云端，或是分散在其間。 」

他補充說：「它可能就像是用戶接口或應(yīng)用一樣簡單，或者是像虛擬助理或自主控制般復(fù)雜的某種裝。 目前已經(jīng)有許多應(yīng)用已經(jīng)導(dǎo)入了AI，包括虛擬助理、搜索引擎、財務(wù)建模、與文章寫作。..。. 等等。 」

他說：「而在裝置上，AI將因各種不同的原因而持續(xù)成長，特別是數(shù)據(jù)的安全、實時互動/處理以及帶寬限制等。 然而，在裝置上進(jìn)行訓(xùn)練才是真正的挑戰(zhàn)，最終可能需要新的處理模型。 」

英特爾想掌握一切。

當(dāng)然，Movidus現(xiàn)在是英特爾的子公司，但其目標(biāo)并不僅限于有更多嵌入式系統(tǒng)在邊緣執(zhí)行神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。 El-Ouazzane將其產(chǎn)品發(fā)布架構(gòu)在英特爾端對端AI產(chǎn)品組合的更大脈絡(luò)之下。

他指出，英特爾擁有廣泛的AI產(chǎn)品組合，并為其提供一整套完整的開發(fā)工具和資源。

「無論是在英特爾Nervana云端上訓(xùn)練AI神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、優(yōu)化新興的工作負(fù)載(如AI、、VR和AR)，以及使用英特爾Xeon Scalable處理器實現(xiàn)自動駕駛，或是以Movidius視覺處理器技術(shù)將AI導(dǎo)入邊緣，」英特爾宣稱該公司已為下一代AI驅(qū)動的產(chǎn)品和服務(wù)提供了全面的AI產(chǎn)品組合、工具、訓(xùn)練和部署選擇。

然而，Movidus是否真的能在即將變得無所不在的AI嵌入式系統(tǒng)中成為其關(guān)鍵參考架構(gòu)，目前還不而知。

Tirias Research的McGregor盡管認(rèn)同Neural Compute Stick是「一款可在新設(shè)計中快速評估AI模型訓(xùn)練效能的有利工具，」但他仍指出，「設(shè)計人員仍然必須在最后的系統(tǒng)設(shè)計時間執(zhí)行類測試，特別是如果他們并未使用Moviduis的芯片和/或Caffe架構(gòu)。 」

The Linley Group的Gwennap還認(rèn)為，Movidius無法達(dá)到其目標(biāo)——實現(xiàn)在邊緣運算神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計。

區(qū)隔推理引擎與訓(xùn)練

Gwennap指出，「值得注意的是，新的AI時代并不會有『參考架構(gòu)』。 諸如TensorFlow和Caffe等架構(gòu)將會把軟件(神經(jīng)網(wǎng)絡(luò))和硬件分開來。 」他補充說：「映像到Myriad VPU的網(wǎng)絡(luò)可以輕易地映像到Snapdragon或其他處理器上。 因此，AI處理器將在性能和效率的基礎(chǔ)上進(jìn)行競爭，而不是鎖定于指令集。 」

同樣地，他也不認(rèn)同「同樣的工具適用于訓(xùn)練和推理」的論點。 Gwennap說：「一旦網(wǎng)絡(luò)開始接受訓(xùn)練，就可以輕松地部署在支持主流架構(gòu)的任何平臺上。 而且，主流的架構(gòu)都是開放源碼，以避免單一家廠商鎖定。 」。

El-Ouazzane看好AI處理器抽取底層硬件的能力，它讓設(shè)計者可將推論與練訓(xùn)分離開來。 但他重申先前的觀點，從長遠(yuǎn)來看，能夠使用相同的工具進(jìn)行神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練和部署，才有助于系統(tǒng)設(shè)計人員。

他以Movidius的開發(fā)藍(lán)圖為例表示，未來三年，深度學(xué)習(xí)的效能預(yù)計將會增加50倍。 「為了在不增加功耗的情況下實現(xiàn)這一目標(biāo)，我們可以在訓(xùn)練方面設(shè)計許多架構(gòu)技巧。 」El-Ouazzane補充說：「當(dāng)你在斟酌這些技巧時，讓學(xué)習(xí)和推理方面置于同一平臺是至關(guān)重要的。 」