AI与软件定义可满足智能物联网对终端芯片的需求

作者 / 王莹 《电子产品世界》编辑

摘要：在2017年12月在京举办的“2018物联网及嵌入式人工智能芯片平台及生态战略发布会”上，德思普科技公司总工程师张小东博士分析了从移动互联网向智能物联网迁移的挑战，指出智能物联网终端的重要性，以及芯片如何应对高计算、高安全、碎片化和定制化等的需求，即AI和软件定义。

1 智能物联网是“物联网+AI+先进计算”

　　目前我们正经历移动互联网的兴起。相比互联网的电子商务，移动互联网的人机交互非常简单，以支付为例，如果收到账单，互联网通常需要几分钟才能完成支付，而移动互联网只需几秒钟。

　　对于物联网的应用，人们也提出了“智能物联网”的概念，特点是 “物联网+AI+先进计算”，即把AI(人工智能)引入到物联网的每个节点，使每个物联网节点具有自主学习、分析、控制和管理的能力。

　　张小东博士认为智能互联网分为四个阶段：智能通讯、智能识别、智能管理、智能运行。以智能电表为例，首先是做到智能通讯，例如在家里电表要断电之前预先提醒、即用比现在直接断电更好的传输方式告知用户如何应对处理。智能识别方面，可以告知用户断电的原因，例如是没电费还是过流跳闸或者某种故障等原因。智能管理方面，可以告知用户每月主要家电的用电情况，例如冰箱的耗电量，提出绿色节能的方案。最后是智能运行，即通过电力线与智能门锁等设备实现互联互通。

2 智能物联发展迅速

　　智能物联网的时代很快就会到来，或许2018年即会爆发。实际上，智能物联网已在我们身边，例如手机上的“今日头条”等App会根据用户的阅读习惯主动推送内容。在美国华尔街，个人投资管理顾问可能是机器人，机器人可以根据用户的投资偏好，用某种算法提供给用户智能管理。无人驾驶车辆是典型的智能物联网应用，后台可用阿里、百度等的管理系统来实现人机交互、目标识别等。

3 智能物联网的核心

　　终端芯片是整个物联网的核心基础。在移动互联网时代的核心是基带通信。因此有人认为2G和3G基带芯片连上终端设备就是物联网，但智能物联网是多种通信手段的结合。

　　因此传统终端只具备初步的数字域处理，而智能物联网需要大量本地计算，从终端设备的预处理到大量各种AI的应用，这时考验的是终端系统的robustness(强壮性)及核心的终端芯片的性能。此外，由于物联网设备无处不在，带来了海量数据的爆炸性增长。很多场景下由于实时性、可靠性、安全性和经济性要求，需要在前端进行本地化处理，以挖掘出有用的数据，在此基础上与后台联合进行深度“学习”和“训练”，还有经济性和可靠性等。例如车联网尤其符合这种情况，因为实时性的需要，很难把大量数据从前端移到后端(云)来实现，需要终端要有强大的芯片来应对。

4 用软件定义实现定制

　　下游厂商对终端芯片的需求如下。

　　(1)性能高、功耗低、价格低、易用;

　　(2)安全性高，需要强壮的安全机制，还有相关的加密功能以对IP保护;

　　(3)算法，需要和行业应用配合;

　　(4)生态，即需要大量的合作伙伴开发，来共同建设和共享开发。

　　对于芯片厂商，目前的挑战是芯片的制程费用越来越高，从65 nm到最先进的7 nm制程，前期投入从几百万美元到上亿美元，盈亏平衡点也从几百万片到千万、亿片。可见，除了智能手机，很难有一个单一市场满足如此规模。此外，芯片设计越来越复杂，产品的生命周期越来越短，差异化越来越大。因此面临物联网时代的市场规模碎片化、技术不断演进、客户需要定制化等挑战，需要商业模式的创新，对于fabless(芯片设计公司)，需要设计技术的创新。为此，德思普看好软件定义(SDR)。

　　SDR的优势是：传统上，芯片厂商往往采用自上而下、规模驱动的方式，利用国内厂商十分擅长用一款或几款芯片针对海量市场。但对于中小企业很难做到，因为规模上很难达到海量的出货量。这时需要采用自下而上的驱动，即根据客户/细分市场的需求定义差异化的芯片，这就需要软件定义的方式，可以做到软件的修改，无需对芯片的修改，只需要升级软件即可。

　　张小东同时指出了德思普现有的产品、技术和生态优势。具体包括如下几部分。

　　(1)德思普支持了不同的国内外合作伙伴开发和移植面向不同应用领域的通信协议和终端产品，初步形成了三大产品线：低功耗软件无线电、智能物联网终端以及嵌入式人工智能(AI)芯片三大平台。

　　(2)德思普在我国的无锡、上海、南京与美国等地设有研发中心。公司一直坚持国际化的人才战略，拥有一批包括国家千人计划、江苏省双创人才在内的海内外高端人才和世界一流的工程研发和管理团队，并拥有中国首个省级软件无线电工程技术中心。公司产品核心的技术基础是全球领先的低功耗可编程处理器和异构计算芯片设计技术。

5 嵌入式AI等智能物联网的应用从智能音箱和智能安防等领域开始

　　那么，随着AI技术的发展，业界也出现了不少AI芯片公司，和同类产品相比，德思普的产品定位有哪些不同?德思普产品AI的功能以推测、推理为主，未来将适当融合自主训练和自主跟踪的技术能力，形成完整的嵌入式人工智能的产品系列。德思普目前所专注的重点领域分两个方面，一个方面就是以智能音箱、智能家居为发展主线，以语音识别、语义理解为代表的人工智能的单芯片解决方案。另一个方面就是以智能安防、智能抄录、边缘计算等为主线，面向人脸识别、图像识别为代表的人工智能应用，当然也是单芯片解决方案。

　　例如在智能音箱方面，德思普的方案不是仅仅解决麦克风语言增强，而是融合主控上网、人工智能等等功能于一体，提供完整的过去往往是好几款芯片在一起才能实现的功能，即集成度高。再有，对嵌入式视频，德思普可以将较大规模的AI算法“塞”到一款低功耗芯片中去。例如，对水表、燃气表的智能抄录都是采用前端AI视觉完成的。

6 关于嵌入式AI的热点问答

6.1 如何理解嵌入式AI?

　　德思普把对AI视频的识别(理解)直接放到低功耗的芯片里，这是我们的特色，即嵌入式AI。现在尽管市面上有很多AI，但是用到可编程芯片平台的，而且性能好的却不多，德思普算是少数几家做嵌入式AI的企业。

6.2 能否这么说：以后如果有机会我在一个机器人的脑袋里装上一个集合诗人、球星和数学家的能力。那么很有可能会有一个新的人才出现。这个是否就是德思普未来所能带给我们惊喜的地方?

　　可以这么说，其难点是：怎样让这几个人协调得像一个人?这是HSA异构计算的奥妙所在。

6.3 哪些具体措施能够加速AI的落地?

　　有两个要素比较重要。第一就是生态系统和产业链的健全。第二就是要充分发挥技术支持和技术服务的核心功能。也就是尽全力帮助合作伙伴，支持合作伙伴成功。

6.4 德思普的市场推广模式是怎么样的?

　　德思普长期以来一直致力于打造一个合作共赢的生态发展圈。德思普的优势在于可编程的高端芯片，在国内外处在先进行列。但是，德思普没有先进的系统团队，为此就要寻求与领先的行业合作伙伴合作，基于德思普的芯片平台开发多种多样的先进产品。这些先进产品的所有权属于这些合作伙伴，大家实现共赢，共同打造良好的产业链与健康的生态系统。

　　例如针对从事抄表的方案商，德思普为下游的客户提供可以选择的通信方式：LoRa或者NB- IoT, 标准的图像压缩传输或者采取人工智能的方式进行图像识别，客户可以根据实际需要进行灵活选择，但是底层芯片往往是一样的。

6.5 现在有很多物联网芯片厂商，包括不少传统芯片厂商也在做物联网和AI芯片，德思普是如何定位的?

　　德思普的定位是，立足于核心技术的自主创新，立足于行业前沿，立足于国际、国家标准的积极参与，为算法和协议厂商、系统厂商、设备厂商提供最合适的定制化芯片解决方案。例如从编程角度，希望能做到几个人几个月就开发一套产品级系统解决方案。

7 结论

　　物联网和AI结合的“智能物联网”，为本土芯片厂商提供了有利的发展机遇。德思普提供“物联网+嵌入式AI”等系列化芯片平台。

　　本文来源于《电子产品世界》2018年第1期第24页，欢迎您写论文时引用，并注明出处。