即將搭載人工智能芯片的華為Mate10會(huì)為業(yè)界帶來(lái)什么?

隨著華為旗艦機(jī)型Mate 10即將發(fā)布,科技媒體紛紛爆料,華為Mate10將首次在智能手機(jī)歷史上,搭載一顆人工智能芯片。其實(shí)早在華為半年業(yè)績(jī)發(fā)布會(huì)上,華為余承東就透露,預(yù)計(jì)將在今年秋季推出人工智能芯片,而根據(jù)目前最新的消息,這顆人工智能芯片極有可能就是搭載在麒麟970之中的寒武紀(jì)芯片。

即將搭載人工智能芯片的華為Mate10,究竟會(huì)為業(yè)界帶來(lái)什么?

當(dāng)然,目前Mate 10的最終規(guī)格還沒發(fā)布,具體還要期待10月16日的慕尼黑發(fā)布會(huì),上述消息僅是我們的合理猜測(cè)。如果屬實(shí)的話,意味著Mate 10將成為全球首款具備人工智能芯片的機(jī)型,這將會(huì)為業(yè)界帶來(lái)怎樣的沖擊?畢竟智能手機(jī)自喬布斯后,再無(wú)革命性的范式進(jìn)步。

這無(wú)疑是一個(gè)有趣而又重要的問題,本文接下來(lái)將看看寒武紀(jì)芯片的前世今生,實(shí)際上這顆芯片更為精確地說(shuō),是一款深度網(wǎng)絡(luò)加速芯片,其本身并無(wú)夢(mèng)幻的AI技能,而其加速功能,又究竟能在何種場(chǎng)景上帶來(lái)逆天的變化?

寒武紀(jì)芯片是何方神圣?

根據(jù)目前最新消息,麒麟970極有可能通過IP授權(quán)的方式搭載寒武紀(jì)人工智能芯片,本文這里先解釋一下IP授權(quán)這一概念。目前無(wú)論是高通驍龍還是海思麒麟,都不是嚴(yán)格意義上的純CPU芯片,而是一塊SoC(System-on-chip)芯片。所謂的SoC即芯片上集成了若干不同的功能模塊。以高通驍龍801為例,801上除了四核Krait 400 CPU外,還集成了Adreno 330 GPU、Snapdragon Camera相機(jī)圖像信號(hào)處理器、藍(lán)牙、GPS、WIFI以及視頻音頻編解碼等模塊,上面的每一個(gè)這些模塊通常都是SoC廠商上游的技術(shù)提供商通過IP(intellectual property,知識(shí)產(chǎn)權(quán))提供授權(quán),當(dāng)然這樣做的好處是技術(shù)提供商可專注于IP方案設(shè)計(jì),而芯片封裝工作可交由高通等SoC商負(fù)責(zé),這樣雙方揚(yáng)長(zhǎng)避短,共同加速芯片的上市及更新迭代速度。

即將搭載人工智能芯片的華為Mate10,究竟會(huì)為業(yè)界帶來(lái)什么?

麒麟970上搭載的寒武紀(jì)IP,主要用于深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(DNN)中的復(fù)雜計(jì)算,而深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)正是目前人工智能技術(shù)的半壁江山,這樣一來(lái)麒麟970將成為全球首款具備人工智能處理能力的SoC芯片。當(dāng)然目前寒武紀(jì)這家公司對(duì)于大眾來(lái)說(shuō)還十分陌生,這里先對(duì)寒武紀(jì)進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹。

寒武紀(jì)科技(Cambricon)是中科院計(jì)算所孵化的一家獨(dú)角獸公司,2016年推出的寒武紀(jì)1A處理器(Cambricon-1A)是世界首款商用深度學(xué)習(xí)專用處理器,面向智能手機(jī)、安防監(jiān)控、可穿戴設(shè)備、無(wú)人機(jī)和智能駕駛等各類終端設(shè)備,最近獲得了包括阿里在內(nèi)的1億美元A輪融資。這家成立于2016年的AI芯片公司以火箭般的速度發(fā)展,據(jù)寒武紀(jì)稱,其在2016年已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了盈利并獲得1億元量級(jí)的營(yíng)收。而華為與寒武紀(jì)的合作,很可能是因?yàn)槿A為與中科院計(jì)算所長(zhǎng)久以來(lái)不菲的合作關(guān)系,早在2011年,華為就與中科院計(jì)算所成立了“中科院計(jì)算所-華為聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室”。

當(dāng)然打鐵還得自身硬,寒武紀(jì)科技創(chuàng)始人陳天石教授是人工智能硬件加速的早期倡導(dǎo)者,連谷歌在其萬(wàn)眾矚目的人工智能芯片TPU的論文之中,全文共引用了寒武紀(jì)團(tuán)隊(duì)成員發(fā)表的6篇論文,在全球人工智能公司中,能享受到谷歌如此待遇恐怕實(shí)屬鳳毛麟角。

而對(duì)于華為而言,在產(chǎn)品中具備這樣一個(gè)中國(guó)完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的人工智能芯片IP,或許更加是一項(xiàng)營(yíng)銷利器。

AI芯片將為手機(jī)帶來(lái)何種計(jì)算能力?

大家還記得去年火爆的俄羅斯修圖應(yīng)用Prisma嗎?

Prisma使用了深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來(lái)獲取著名繪畫大師和主要流派的藝術(shù)風(fēng)格,然后對(duì)用戶的照片進(jìn)行智能風(fēng)格轉(zhuǎn)化,一張普通的照片通過Prisma能變成具備令人驚嘆藝術(shù)效果的作品,下面是一組示例:

即將搭載人工智能芯片的華為Mate10,究竟會(huì)為業(yè)界帶來(lái)什么?

從技術(shù)原理上說(shuō),Prisma使用了GAN對(duì)抗生成網(wǎng)絡(luò),是一款典型的基于深度網(wǎng)絡(luò)的人工智能應(yīng)用。但用過Prisma的人都知道其實(shí)際體驗(yàn)并不是非常友好,在最初的時(shí)候,用戶首先要上傳待修的圖片到Prisma服務(wù)器上,經(jīng)過一段時(shí)間才能夠下載修好的作品。但隨著Prisma的火爆,用戶云端等待時(shí)間越來(lái)越長(zhǎng),國(guó)內(nèi)用戶更是要忍受連接到俄羅斯服務(wù)器的爆高網(wǎng)絡(luò)延遲。盡管后來(lái)Prisma實(shí)現(xiàn)了本地計(jì)算,但其速度仍然比較緩慢,部分風(fēng)格濾鏡需要計(jì)算10秒以上才能完成圖片轉(zhuǎn)換,當(dāng)然相比此前只能依賴云端計(jì)算,其體驗(yàn)已經(jīng)有所進(jìn)步,但與美圖等主流修圖應(yīng)用的修圖速度仍然無(wú)法相比。

Prisma上述這些體驗(yàn)的不完美,其主要原因是深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的執(zhí)行需要大量的計(jì)算。一般而言,建立一款如Prisma的人工智能應(yīng)用,需要通過訓(xùn)練(training)和推斷(inference)兩個(gè)過程:訓(xùn)練是通過大量的數(shù)據(jù)輸入,或采取增強(qiáng)學(xué)習(xí)等非監(jiān)督學(xué)習(xí)方法,訓(xùn)練出一個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型,如對(duì)于Prisma來(lái)說(shuō),在訓(xùn)練過程中神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)了大量的繪畫風(fēng)格。一旦訓(xùn)練完成,即可使用由訓(xùn)練確定的權(quán)值進(jìn)行計(jì)算,如Prisma中通過訓(xùn)練好的網(wǎng)絡(luò)改變圖像風(fēng)格,這個(gè)應(yīng)用的過程被稱為推斷(inference)。

由于深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)本身的特征,在推斷過程中往往需要大量的權(quán)重計(jì)算,這在服務(wù)器端通常沒什么問題,但一旦放在手機(jī)等設(shè)備上就有點(diǎn)捉襟見肘了。如Prisma的手機(jī)本地端計(jì)算,雖然通過大量?jī)?yōu)化顯著降低了模型的復(fù)雜度(當(dāng)然這樣做的直接后果就是效果變差了),但對(duì)于手機(jī)CPU來(lái)說(shuō)仍然負(fù)荷很大。

這樣一來(lái)問題就擺出來(lái)了,如果要讓手機(jī)掌握更多的人工智能應(yīng)用,需要讓手機(jī)具備強(qiáng)大的計(jì)算能力做inference,否則用戶體驗(yàn)難以保障,但摩爾定律畢竟放在哪,CPU本身目前難以具備如此的計(jì)算能力,這就是深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在手機(jī)等各種嵌入式設(shè)備上的應(yīng)用難題。

這時(shí)候,深度網(wǎng)絡(luò)加速芯片應(yīng)運(yùn)而生了。

深度網(wǎng)絡(luò)加速芯片是怎么一回事?在深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用過程中,人們發(fā)現(xiàn)實(shí)際上復(fù)雜的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中計(jì)算量通常都集中在少量的計(jì)算類型上,比如矩陣運(yùn)算,如果設(shè)計(jì)一款專門優(yōu)化的硬件芯片從事這些繁重的計(jì)算,正如當(dāng)年CPU對(duì)復(fù)雜的圖像運(yùn)算力不從心,催生了GPU的出現(xiàn),豈不是把問題給解決了?

業(yè)界確實(shí)是這樣做的,如谷歌自家推出的深度網(wǎng)絡(luò)加速芯片TPU,定義了十幾個(gè)專門為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)推理而設(shè)計(jì)的高級(jí)指令,比如矩陣運(yùn)算、計(jì)算激活函數(shù)、讀取/寫入內(nèi)存等,相比用CPU進(jìn)行相同的計(jì)算,TPU的功耗效率(performance/Watt, 每耗電1瓦的性能)比CPU高出80倍,下圖列出的是谷歌TPU部分核心的高級(jí)指令。

即將搭載人工智能芯片的華為Mate10,究竟會(huì)為業(yè)界帶來(lái)什么?

這時(shí)候,大家是不是想起了比特幣礦機(jī)中的ASIC(專用集成電路)呢?沒錯(cuò),深度網(wǎng)絡(luò)加速芯片也是一款A(yù)SIC,只不過比特幣的ASIC只能進(jìn)行哈希運(yùn)算,深度網(wǎng)絡(luò)加速芯片則定位于承載若干種深度網(wǎng)絡(luò)的常用計(jì)算。

而華為Mate 10即將搭配的寒武紀(jì)芯片,也正是這樣的一款深度網(wǎng)絡(luò)加速芯片。由于目前寒武紀(jì)芯片尚未正式公布,其真實(shí)性能情況無(wú)從知曉,但從寒武紀(jì)科技自家去年在計(jì)算機(jī)架構(gòu)頂級(jí)會(huì)議ISCA上發(fā)布的論文《Cambricon: An Instruction Set Architecture for Neural Networks》中,我們就能夠管中窺豹。論文中提及了寒武紀(jì)(Cambricon)是一款面向于目前神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù),集成了常量運(yùn)算、向量運(yùn)算、矩陣運(yùn)算、邏輯運(yùn)算、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換以及控制指令等功能的深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)加速芯片架構(gòu)(…..we propose a novel domain-specific Instruction Set Architecture (ISA) for NN accelerators, called Cambricon, which is a load-store architecture that integrates scalar, vector, matrix, logical, data transfer, and control instructions, based on a comprehensive analysis of existing NN techniques.),其主要定位是解決深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中推斷(inference)所涉及的復(fù)雜計(jì)算問題。

到此為止,華為Mate 10上的麒麟970芯片,所搭載的人工智能模塊就相當(dāng)清晰了:與其說(shuō)它是一塊人工智能芯片,更準(zhǔn)確地說(shuō)是一塊深度網(wǎng)絡(luò)加速芯片,主要用于加速人工智能中深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)所帶來(lái)的復(fù)雜計(jì)算。

若真如此,華為粉絲們的熱切期待恐怕會(huì)失望了,麒麟970本身不會(huì)帶來(lái)任何夢(mèng)幻的智能,而是賦予了手機(jī)本身處理深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中前所未有的計(jì)算能力,讓如Prisma等需要跑在深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)上的應(yīng)用能夠有革命性的體驗(yàn)。

智能手機(jī)邁向智慧手機(jī):場(chǎng)景為王

麒麟970上的深度網(wǎng)絡(luò)加速模塊,如果要為業(yè)界帶來(lái)沖擊的話,我認(rèn)為首先是讓大家深入思考,在手機(jī)等移動(dòng)設(shè)備中加入深度網(wǎng)絡(luò)硬件加速,是否是一個(gè)未來(lái)的趨勢(shì)?消費(fèi)者是否愿意為這塊芯片買單?當(dāng)然這個(gè)問題是很顯淺的,其核心在于是否能為消費(fèi)者帶來(lái)有價(jià)值的應(yīng)用場(chǎng)景。

深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)作為人工智能目前的半壁江山,其在智能語(yǔ)音、計(jì)算機(jī)視覺中有廣泛的應(yīng)用,前者典型的應(yīng)用如Siri等智能語(yǔ)音助手,以及基于此目前火爆得不能再火的智能音箱;而后者在消費(fèi)端莫過于各種類似Prisma的修圖應(yīng)用。

通過深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),能實(shí)現(xiàn)圖像編輯的智能化。比如以往需要大量用戶手工操作的瘦臉、美顏、瘦腰、拉長(zhǎng)腿,通過深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的加持,用戶可以如使用Prisma的體驗(yàn)一般,智能化搞定全部。當(dāng)然圖像智能編輯是目前計(jì)算機(jī)視覺中的熱門應(yīng)用,未來(lái)期待還有更多夢(mèng)幻的應(yīng)用出現(xiàn)。

即將搭載人工智能芯片的華為Mate10,究竟會(huì)為業(yè)界帶來(lái)什么?

對(duì)于很有可能搭載寒武紀(jì)的Mate 10,這里大膽猜測(cè)一句,其廣告語(yǔ)會(huì)是“智能攝影大師”嗎(笑)?

圖像識(shí)別是另外一個(gè)應(yīng)用點(diǎn),比如,用戶在手機(jī)中標(biāo)準(zhǔn)了一張人臉后(比如同事A),通過圖像識(shí)別,手機(jī)能把圖庫(kù)中所有含有同事A的照片都篩選出來(lái),這個(gè)運(yùn)算在當(dāng)前的智能手機(jī)上會(huì)非常緩慢,但有了深度網(wǎng)絡(luò)加速芯片后變得可能。

語(yǔ)音識(shí)別是深度網(wǎng)絡(luò)的另外一個(gè)核心應(yīng)用,目前我們都知道,Siri、出門問問等語(yǔ)音助手都需要在聯(lián)網(wǎng)的狀態(tài)下才能使用,原因是語(yǔ)音識(shí)別的inference放在了云端處理,而同樣通過深度網(wǎng)絡(luò)加速芯片,或許能實(shí)現(xiàn)手機(jī)本底端的識(shí)別,即在無(wú)網(wǎng)絡(luò)的情況下,依然能使用智能語(yǔ)音助手實(shí)現(xiàn)有限度的應(yīng)用,比如讓助手找出通訊錄中符合條件的某個(gè)人。

當(dāng)然,站在市場(chǎng)營(yíng)銷層面,有很多實(shí)際上并不需要深度網(wǎng)絡(luò)加速芯片去加速的應(yīng)用,都可以通過混淆概念的方式納入消費(fèi)者的想象之中,比如拿起手機(jī)亮屏、在漆黑的環(huán)境中自動(dòng)打開手電等。

然而我們客觀地說(shuō),目前智能手機(jī)上需要使用到深度網(wǎng)絡(luò)加速芯片去加速的應(yīng)用,并不能算很多,其中真正能算是有效需求的更加寥寥無(wú)幾。在安防攝像頭、無(wú)人機(jī)、自動(dòng)駕駛汽車中融合人工智能專用芯片無(wú)疑是未來(lái)的清晰趨勢(shì),畢竟如無(wú)人駕駛汽車中,我們不能指望使用云端的方式去做inference,畢竟網(wǎng)絡(luò)一旦出現(xiàn)問題,難道放任汽車撞樹上?但智能手機(jī)這個(gè)充分競(jìng)爭(zhēng)的領(lǐng)域,任何功能的革新都需要經(jīng)過市場(chǎng)的長(zhǎng)期考驗(yàn),而其中的關(guān)鍵還是在于場(chǎng)景。

而這次極有可能搭載了深度網(wǎng)絡(luò)加速芯片的Mate 10,將會(huì)為我們帶來(lái)什么尚未想象到的場(chǎng)景?或許這點(diǎn),才是我們真正需要熱切期待的。

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2017-08-21
即將搭載人工智能芯片的華為Mate10會(huì)為業(yè)界帶來(lái)什么?
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