AI與軟件定義可滿足智能物聯網對終端芯片的需求

王瑩

摘要：在2017年12月在京舉辦的“2018物聯網及嵌入式人工智能芯片平臺及生態戰略發布會”上，德思普科技公司總工程師張小東博士分析了從移動互聯網向智能物聯網遷移的挑戰，指出智能物聯網終端的重要性，以及芯片如何應對高計算、高安全、碎片化和定制化等的需求，即AI和軟件定義。

關鍵詞：智能；物聯網；AI；軟件定義

DOI： 10.3969/j.issn.1005-5517.2018.1.003

1 智能物聯網是“物聯網+AI+先進計算”

目前我們正經歷移動互聯網的興起。相比互聯網的電子商務，移動互聯網的人機交互非常簡單，以支付為例，如果收到賬單，互聯網通常需要幾分鐘才能完成支付，而移動互聯網只需幾秒鐘。

對于物聯網的應用，人們也提出了“智能物聯網”的概念，特點是“物聯網+AI+先進計算”，即把AI（人工智能）引入到物聯網的每個節點，使每個物聯網節點具有自主學習、分析、控制和管理的能力。

張小東博士認為智能互聯網分為四個階段：智能通訊、智能識別、智能管理、智能運行。以智能電表為例，首先是做到智能通訊，例如在家里電表要斷電之前預先提醒、即用比現在直接斷電更好的傳輸方式告知用戶如何應對處理。智能識別方面，可以告知用戶斷電的原因，例如是沒電費還是過流跳閘或者某種故障等原因。智能管理方面，可以告知用戶每月主要家電的用電情況，例如冰箱的耗電量，提出綠色節能的方案。最后是智能運行，即通過電力線與智能門鎖等設備實現互聯互通。

2 智能物聯發展迅速

智能物聯網的時代很快就會到來，或許2018年即會爆發。實際上，智能物聯網已在我們身邊，例如手機上的“今日頭條”等App會根據用戶的閱讀習慣主動推送內容。在美國華爾街，個人投資管理顧問可能是機器人，機器人可以根據用戶的投資偏好，用某種算法提供給用戶智能管理。無人駕駛車輛是典型的智能物聯網應用，后臺可用阿里、百度等的管理系統來實現人機交互、目標識別等。

3 智能物聯網的核心

終端芯片是整個物聯網的核心基礎。在移動互聯網時代的核心是基帶通信。因此有人認為2G和3G基帶芯片連上終端設備就是物聯網，但智能物聯網是多種通信手段的結合。

因此傳統終端只具備初步的數字域處理，而智能物聯網需要大量本地計算，從終端設備的預處理到大量各種AI的應用，這時考驗的是終端系統的robustness（強壯性）及核心的終端芯片的性能。此外，由于物聯網設備無處不在，帶來了海量數據的爆炸性增長。很多場景下由于實時性、可靠性、安全性和經濟性要求，需要在前端進行本地化處理，以挖掘出有用的數據，在此基礎上與后臺聯合進行深度“學習”和“訓練”，還有經濟性和可靠性等。例如車聯網尤其符合這種情況，因為實時性的需要，很難把大量數據從前端移到后端（云）來實現，需要終端要有強大的芯片來應對。

4 用軟件定義實現定制

下游廠商對終端芯片的需求如下。

（1）性能高、功耗低、價格低、易用；

（2）安全性高，需要強壯的安全機制，還有相關的加密功能以對IP保護； （3）算法，需要和行業應用配合； （4）生態，即需要大量的合作伙伴開發，來共同建設和共享開發。

對于芯片廠商，目前的挑戰是芯片的制程費用越來越高，從65 nm到最先進的7 nm制程，前期投入從幾百萬美元到上億美元，盈虧平衡點也從幾百萬片到千萬、億片。可見，除了智能手機，很難有一個單一市場滿足如此規模。此外，芯片設計越來越復雜，產品的生命周期越來越短，差異化越來越大。因此面臨物聯網時代的市場規模碎片化、技術不斷演進、客戶需要定制化等挑戰，需要商業模式的創新，對于fabless（芯片設計公司），需要設計技術的創新。為此，德思普看好軟件定義（SDR）。

SDR的優勢是：傳統上，芯片廠商往往采用自上而下、規模驅動的方式，利用國內廠商十分擅長用一款或幾款芯片針對海量市場。但對于中小企業很難做到，因為規模上很難達到海量的出貨量。這時需要采用自下而上的驅動，即根據客戶/細分市場的需求定義差異化的芯片，這就需要軟件定義的方式，可以做到軟件的修改，無需對芯片的修改，只需要升級軟件即可。

張小東同時指出了德思普現有的產品、技術和生態優勢。具體包括如下幾部分。

（1）德思普支持了不同的國內外合作伙伴開發和移植面向不同應用領域的通信協議和終端產品，初步形成了三大產品線：低功耗軟件無線電、智能物聯網終端以及嵌入式人工智能（AI）芯片三大平臺。

（2）德思普在我國的無錫、上海、南京與美國等地設有研發中心。公司一直堅持國際化的人才戰略，擁有一批包括國家干人計劃、江蘇省雙創人才在內的海內外高端人才和世界一流的工程研發和管理團隊，并擁有中國首個省級軟件無線電工程技術中心。公司產品核心的技術基礎是全球領先的低功耗可編程處理器和異構計算芯片設計技術。

5 嵌入式AI等智能物聯網的應用從智能音箱和智能安防等領域開始

那么，隨著AI技術的發展，業界也出現了不少AI芯片公司，和同類產品相比，德思普的產品定位有哪些不同？德思普產品AI的功能以推測、推理為主，未來將適當融合自主訓練和自主跟蹤的技術能力，形成完整的嵌入式人工智能的產品系列。德思普目前所專注的重點領域分兩個方面，一個方面就是以智能音箱、智能家居為發展主線，以語音識別、語義理解為代表的人工智能的單芯片解決方案。另一個方面就是以智能安防、智能抄錄、邊緣計算等為主線，面向人臉識別、圖像識別為代表的人工智能應用，當然也是單芯片解決方案。

例如在智能音箱方面，德思普的方案不是僅僅解決麥克風語言增強，而是融合主控上網、人工智能等等功能于一體，提供完整的過去往往是好幾款芯片在一起才能實現的功能，即集成度高。再有，對嵌入式視頻，德思普可以將較大規模的AI算法“塞”到一款低功耗芯片中去。例如，對水表、燃氣表的智能抄錄都是采用前端AI視覺完成的。

6 關于嵌入式AI的熱點問答

6.1 如何理解嵌入式AI？

德思普把對AI視頻的識別（理解）直接放到低功耗的芯片里，這是我們的特色，即嵌入式AI。現在盡管市面上有很多AI，但是用到可編程芯片平臺的，而且性能好的卻不多，德思普算是少數幾家做嵌入式AI的企業。

6.2 能否這么說：以后如果有機會我在一個機器人的腦袋里裝上一個集合詩人、球星和數學家的能力。那么很有可能會有一個新的人才出現。這個是否就是德思普未來所能帶給我們驚喜的地方？

可以這么說，其難點是：怎樣讓這幾個人協調得像一個人？這是HSA異構計算的奧妙所在。

6.3 哪些具體措施能夠加速AI的落地？

有兩個要素比較重要。第一就是生態系統和產業鏈的健全。第二就是要充分發揮技術支持和技術服務的核心功能。也就是盡全力幫助合作伙伴，支持合作伙伴成功。

6.4 德思普的市場推廣模式是怎么樣的？

德思普長期以來一直致力于打造一個合作共贏的生態發展圈。德思普的優勢在于可編程的高端芯片，在國內外處在先進行列。但是，德思普沒有先進的系統團隊，為此就要尋求與領先的行業合作伙伴合作，基于德思普的芯片平臺開發多種多樣的先進產品。這些先進產品的所有權屬于這些合作伙伴，大家實現共贏，共同打造良好的產業鏈與健康的生態系統。

例如針對從事抄表的方案商，德思普為下游的客戶提供可以選擇的通信方式：LoRa或者NB-IoT，標準的圖像壓縮傳輸或者采取人工智能的方式進行圖像識別，客戶可以根據實際需要進行靈活選擇，但是底層芯片往往是一樣的。

6.5 現在有很多物聯網芯片廠商，包括不少傳統芯片廠商也在做物聯網和AI芯片，德思普是如何定位的？

德思普的定位是，立足于核心技術的自主創新，立足于行業前沿，立足于國際、國家標準的積極參與，為算法和協議廠商、系統廠商、設備廠商提供最合適的定制化芯片解決方案。例如從編程角度，希望能做到幾個人幾個月就開發一套產品級系統解決方案。

7 結論

物聯網和AI結合的“智能物聯網”，為本土芯片廠商提供了有利的發展機遇。德思普提供“物聯網+嵌入式AI”等系列化芯片平臺。