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      AI視覺市場潛力大,愛芯元智用自研IP打造芯片平臺

      作者:王瑩 《電子產品世界》時間:2021-09-28來源:電子產品世界收藏

      近年來,本土涌現了一批AI芯片的初創企業。其中有這樣一家公司,成立只有2年多,已經完成三輪融資,發布兩顆自研芯片。這家公司就是愛芯元智。該公司有何獨特能力?AI視覺市場的前景如何?近日,該公司宣布進行一輪品牌升級。值此機會,電子產品世界等媒體采訪了公司創始人兼CEO仇肖莘女士以及研發副總裁劉建偉先生。

      本文引用地址:http://www.birebirmedya.com/article/202109/428563.htm

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      圖 愛芯元智 創始人兼CEO 仇肖莘

      1   更名為“愛芯元智”

      2021年9月,愛芯科技正式更名為愛芯元智半導體(上海)有限公司(簡稱為“愛芯元智”),并宣布完成品牌升級。品牌升級后,愛芯元智將向行業及合作伙伴傳遞全新的品牌理念、品牌元素、技術產品方向和落地情況等一系列內容。

      愛芯元智成立于2019年5月,專注于打造高性能、低功耗的AI視覺處理器芯片。核心技術產品支持多種AI視覺任務,廣泛適用于智慧城市、智能社區、智能駕駛、智慧零售、智能家居、智能穿戴等多個領域。愛芯元智自主研發的第1顆AI視覺處理芯片AX630A已在2020年12月實現量產,第2顆芯片AX620A也已經于2021年7月成功點亮,即將開始正式的客戶推廣。

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      愛芯元智品牌名稱變更靈感來自其英文名AXERA——意為愛芯的時代,同時詮釋了愛芯元智的技術獨創性和保持初心、堅持原創的企業理念。這不僅體現了愛芯元智作為創業公司的朝氣和活力,更是代表了其品牌愿景——成為AI視覺芯片行業的領導企業。

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      2   AI視覺:賽道廣闊待開創

      邊緣側、端側的AI視覺處理領域的賽道非常廣闊。過去幾年,AI已開始落地,且對于環境的“感知”變得越來越重要。因此,相關的AI芯片的發展空間非常巨大,而且能夠真正影響到每個人的日常生活。以下是兩個案例。

      ●   傳統攝像頭的升級改造。

      現在很多攝像頭是不帶算力的,有智能化升級改造的需求。通常有兩種方法:①全部替換;②增加中間節點,即增加智能處理的盒子。愛芯元智的方案就可用于第2種應用,例如有20路的1080P視頻流,可以用單芯片去把這些視頻流做解碼,同時做車輛/車牌的檢測,運行這套方案的功耗小于3.5 W。

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      ●   計算攝影:超越人眼所見。

      在愛芯的實驗室里有這樣一個展示,暗室里的燈全關了,人眼看不到任何展示,但是相機能夠把暗室里的圖像獲取出來。關鍵在于信噪比(SNR),人眼在SNR小到一定程度的時候就區分不出來了。芯片處理能夠把噪聲抑制下去,這樣藏在噪聲里的信號就能被恢復出來。這主要靠計算攝影,通過計算來恢復出來“消失”的信息。

      雖然AI視覺市場很大,但作為一家初創公司,愛芯的策略是準確定位自己產品的銷售方向,在眾多碎片化的應用里選出應該瞄準的目標。因此,匹配的市場一定是能夠把愛芯的芯片能力發揮到極致的市場,而且這種市場起碼現在友商還是做不到的。

      在產品定位上,愛芯現在的大部分客戶都是視覺+計算,例如暗光、夜視能力強的場景(如下圖)。

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      圖 夜間視頻效果對比(已做人物隱私保護)

      但是也有很多純Pre-ISP(圖像信號處理)的視覺小芯片客戶,例如翻譯筆市場,它的前端有一個小攝像頭,一掃就相當于連續拍了幾張圖片,把這些圖片拼接成一句話,然后再用AI掃描這句話進行翻譯,所以說到底就是通過攝像頭感知,后面加了小計算。此外,掃地機器人也是一種,原來沒有什么AI能力,主要靠激光雷達等感測,現在有了軌跡規劃能力。

      3   相比同類產品的三大特色

      很多設計公司和工程師有自己的長期合作伙伴,且它們也在開發AI芯片。作為后來者,愛芯元智如何爭取到這些客戶?其優勢如下。

      1) 核心IP自研。這一點非常重要。因為很多家芯片企業關鍵的IP是外購的,例如買ISP或NPU把它加進去。但是這樣的芯片性能取決于IP供應商,缺乏發展后力。

      2) 注重技術上的創新。愛芯元智不希望做Me too(我也有)的產品,所以愛芯的ISP設計沒有沿用傳統ISP設計的pipeline,而是采取彎道超車——用AI的方式取代了ISP里至少4個模塊。愛芯的秘密武器在于,傳統ISP都是硬件pipeline,因此每次想升級都要重新流片。例如一些龍頭企業做了十幾年的,已有十幾代流片的經驗,經過十幾代不斷優化才做到了今天這個水平。因此若想在一兩年之內趕上,一定要采取不同的方式。愛芯的方式就在于把ISP里很多關鍵模塊軟件化,好處是只需迭代模型,性能就可提升。所以從2020年旗艦款芯片AX630A推出到現在,愛芯ISP每2周就有新模型推出,畫質一直在不斷提升。  

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      3)能夠給客戶提供差異化的性能。例如畫質做得很好??蛻舻谝粋€認可的就是愛芯AI ISP的性能,尤其是做智能交通,愛芯的AI ISP在暗光下表現出色,這剛好是該客戶的一個痛點。

      算力方面,如果將芯片比作智能手機,大算力相當于把一個“專家系統”裝到愛芯的芯片里,這個裝的過程其實就類似于開發APP的過程。以前結婚等活動需要找一個專職的攝影團隊來跟拍、剪輯,有了大算力之后,就相當于把這個攝影師裝到愛芯的芯片里,就可以實時分析拍到的素材,按照攝影師的角度提供一些視頻剪輯的操作,省去了多角度跟拍、剪輯等環節。

      4   兩大硬核IP

      愛芯有兩大核心IP:①業內領先的混合精度的NPU,即AI的運算單元;②AI ISP。二者的關系是:混合精度NPU是計算平臺,AI ISP(圖像信號處理器)是基于該平臺實現的一個核心應用。

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      1) 混合精度的NPU

      愛芯的優勢:①整個NPU效率的提高,因為減少了數據搬運,從一定程度上減小了數據墻和功耗墻的阻礙。②愛芯的整個算法和NPU的混合設計,能夠突破硬件的一些限制,達到更優的水平。

      ●   提升有效算力

      在AI算法方面,現在都在談NPU的算力,諸如10T、100T、200T等,但是這種標稱算力著重于NPU核里有多少計算單元,然后根據計算單元每秒能做多少操作來計算出TOPS。但是真正跑任務時,計算單元大部分時間跑不到標稱的算力??梢奛PU的效率比標稱算力更重要。

      阻礙NPU計算單元發揮作用的一個重要原因是數據搬運。業內有一個共性問題——數據墻,意味著盡管有計算單元,但是如果數據搬運不過來,那么這些計算單元大部分時間是閑置的。所以宣稱10T算力沒用,因為效率如果只有15%、20%,有效算力也就是1.5T、2T。

      現在業內有很多存算一體的架構試圖解決這個問題,但是離量產還有一定的距離。愛芯元智從另一個角度來解決數據搬運的問題:把需要搬運的數據量減下來。愛芯的混合精度NPU減少了數據搬運。因為傳統NPU的數據表示格式一般是8比特、16比特,才能最后得到AI算法的精度;但是愛芯研究發現,AI網絡中有很多層不需要如此高的表示精度,有的2比特、4比特就足夠了。在此情況下,整個網絡數據表示或所需要的數據量,平均4比特就足夠了。這樣,相比原來的8比特網絡,數據搬運量可能就變成原來的1/4。從這個角度來看,愛芯能夠提升現在NPU的使用率和效率,能在單位面積內提供數倍于傳統NPU的等效算力,同時還能把成本和功耗降下來。

      ●   NPU設計理念的革新:算法和芯片協同設計 

      傳統的方法是算法是算法,硬件是硬件。而愛芯元智的方案是協同設計、相互迭代,能不斷讓算法設計和硬件設計得到優化。

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      具體地,愛芯的算法團隊可以提供算法網絡的結構、量化需求/算子需求、內存訪問的需求等很多詳細信息給NPU設計的架構師。愛芯的硬件架構師根據這些算法的需求來調整或優化整個NPU的設計。這樣能使算法跑起來的效率達到優化的水平。

      同時硬件工程師會把算子硬件加速,例如數據流優化、存儲優化、量化限制、硬件限制等硬件限制提供給算法工程師,這樣算法工程師在設計算法時,可以考慮到硬件限制,從算法的角度來規避一些硬件上的短板。

      經過上述改進,AX630A與一家競品進行了實際效果對比,如表1,可以看到在公開數據集上,即Imagenet上跑Resnet50開源網絡。在Resnet50的精度基本不變、相似的情況下,競品1秒只能處理約90幾幀的圖片流、視頻流,愛芯630A能夠處理1 300多幀的圖片流、視頻流??梢夾X630A有非常大的性能提升。

      表1 網絡運行速度對比

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      另一家客戶在運行一些私有數據集上的實際應用結果顯示,在檢測方面,競品在720P圖片上檢測1幀圖片大概需要33 ms,愛芯在分辨率更高的1080P大圖上運行只需4 ms??梢娦阅芟嗖盍藥妆?。

      2)AI ISP

      ISP主要指圖像信號處理的流水線(pipeline),愛芯的設計方法顛覆了傳統的ISP純硬件的思路,把ISP里的關鍵模塊AI化,所以叫AI ISP,優勢是打破了傳統ISP算法的天花板,并且通過持續的AI算法迭代可在最短的時間內把圖像處理的效果達到行業新高度。

      愛芯元智AI ISP能夠用AI的方式完成ISP里的幾個關鍵模塊,例如高動態、3D降噪、銳化色彩還原等成像的關鍵功能,這得益于愛芯的ISP設計,ISP與NPU也有一個聯合設計,這樣就能把整個NPU的能力在ISP的pipeline上使用起來。

      從一款手機的實驗演示上看,用了愛芯AI ISP之后,除了能做降噪、高動態,另外一個非常關鍵的作用是能夠提升圖像的分辨率。分辨率為什么重要?例如手機、電視上有很多小視頻,絕大部分的分辨率是720P,最好的是1080P,如果把這些視頻在4K、8K的電視上去顯示的時候,就會發現分辨率非常差。所以愛芯正在研發的另一個技術是怎樣把一個較低端的視頻源用AI的方式去變成4K、8K的質量。

      5   兩款芯片覆蓋高端和大眾領域

      愛芯目前已發布兩款芯片,AX630A是高端旗艦產品,AX620A面向主流市場。它們都強調高算力,低功耗,高算力利用率。

      1)AX630A是愛芯元智正式量產的第一顆芯片,等效算力在int4的情況下是約是28.8T。該芯片的另一特點是在如此高算力的情況下,功耗可控,約為3 W。低功耗對于很多邊緣測產品是很重要的,因為它們往往是在戶外的,夏天的環境溫度有時可達40、50 ℃,因此功耗對于這類產品的穩定性有非常大的影響。

      2)AX620A是愛芯元智研發的第二顆芯片,目前已經開始客戶推廣,計劃在2021年年底量產。愛芯希望用這顆芯片面對主流的產品市場,大概是4K 30幀以下,500萬或400萬像素的市場需求。

      AX620A的另一個特點也是低功耗:在分辨率較小的1080P情況下,功耗可小于1 W,可用于電池供電的邊緣側產品。



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