深度學習元件庫加持 AI機器視覺大步向前

作者: 黃繼寬
2017 年 04 月 13 日

人工智慧以往需要非常龐大的運算量才能實現,因此必須在雲端資料中心由伺服器執行。但隨著人工智慧走向專用化,加上開發工具跟環境漸趨成熟,以及半導體元件技術的效能不斷精進,現在已有部分人工智慧應用可直接內建在各類終端裝置上,或採取某種混合架構。

人工智慧(AI)從雲端伺服器走向網路邊緣,直接內建到各類物聯網(IoT)裝置,已經成為擋不住的發展趨勢。不過,由於這個趨勢才剛開始成形,因此絕大多數的人工智慧應用開發都得從零開始,即便是具備相當規模跟資源的團隊,都顯得有些吃力,規模較小的開發團隊,則普遍面臨開發進度緩慢的挑戰。

有鑑於此,現場可編程閘陣列(FPGA)供應商賽靈思(Xilinx)宣布,將在其現有的嵌入式視覺解決方案基礎上,強化對機器學習(Machine Learning)等人工智慧功能的支援,並推出reVISION軟體堆疊。

現成元件庫加快產品開發流程

賽靈思工業、科學、醫療(ISM)行銷資深技術經理羅霖(圖1)表示,人工智慧已經成為科技產業發展的重要趨勢,而且從核心(資料中心)往邊緣(各類聯網裝置)擴散的態勢十分明顯。不過,由於缺乏對應的函式庫(Library)等軟體堆疊輔助,應用開發者經常必須從頭到尾靠自己的力量進行開發,因此專案開發的時程很長,而且需要耗費大量人力。

圖1 賽靈思ISM行銷資深技術經理羅霖指出,人工智慧
從雲端朝網路邊緣擴散,將是未來科技產業發展的一大趨勢。

 

事實上,在整個人工智慧應用開發的過程中,現有的軟硬體解決方案供應商,大概只能協助開發者解決其所遇到的少部分問題,絕大多數的演算法撰寫、訓練工作,都得靠開發者自己想辦法解決。常有人工智慧應用開發者打趣地說,人工智慧應該改名叫「工人智慧」,因為所謂的人工智慧應用,往往是他們這些開發者辛苦奮戰大半年,耗盡腦力才開發出來的心血結晶。

為了解決這個問題,進而加速人工智慧應用的普及,賽靈思宣布推出reVISION軟體堆疊解決方案。全新reVISION堆疊可讓對硬體設計不熟悉的軟體及系統工程師,也能夠更容易、更快速地開發支援人工智慧的嵌入式視覺應用。這類應用涵蓋高階消費類產品、汽車、工業、醫療、以及航太與國防等領域,以及新一代的應用包含協作機器人、具備感測與碰撞規避功能的無人機、擴增實境、自動駕駛車、自動監視與醫學診斷等領域。

在這些應用上,除了差異化至關重要外,其系統亦必須具備極快的反應能力,並快速部署最新的演算法與感測器,大約三分之二的視覺導向半導體應用都屬於此類市場。

透過reVISION元件庫與開發環境,許多人工智慧開發、寫程式的過程,將可簡化成參數設定,讓開發者省下不少心力跟時間,專注在更能創造差異化的功能開發上。而賽靈思也會定期更新reVISION版本,以便支援最新的深度學習算法。

FPGA龍頭向英特爾/NVIDIA叫陣

reVISION為反應最快速的視覺系統鋪建了最快的發展途徑,同時也是身為FPGA龍頭的賽靈思,向NVIDIA、英特爾(Intel)叫陣的宣言。在產品簡報中,賽靈思直接點名NVIDIA、英特爾和其旗下的Altera,將自家產品與上述競爭對手的產品做效能評比對照。與NVIDIA的Jetson TX1嵌入式GPU相比,以賽靈思FPGA方案為基礎的機器學習推論,其每秒每瓦影像效能提升了高達6倍、電腦視覺每秒每瓦每幀處理速度則提升了42倍,而延遲卻只有五分之一。若是與同為FPGA的Altera解決方案相比,則在每瓦效能(Performance/Watt)上領先2∼4倍。

事實上,以FPGA來實現人工智慧應用,具有非常大的優勢。人工智慧領域的演進非常快速,具備可重組以及支援所有形式連結等優勢的FPGA,可以很輕鬆地進行各種修改或升級,以便在最短時間內支援新的人工智慧算法。類神經網路、演算法、感測器技術與介面標準都會持續加速演進,可重組特性對於「支援未來需求」的智慧視覺系統至關重要。

因此,在賽靈思正式宣布推出reVISION元件庫與相關套件之前,業界就不斷在猜測,賽靈思究竟何時會大動作進軍人工智慧領域。畢竟,FPGA在這個領域具有相當大的性能優勢,只是開發門檻也較高,因為FPGA傳統上是硬體工程師作晶片原型開發的工具,懂得如何使用FPGA的工程師,通常是IC設計工程師,而非一般的軟體工程師。

但reVISION與相關套件也解決了這個問題。即使是對硬體不熟悉的開發者,在reVISION平台上也能利用C、C++或OpenCL語言,搭配Caffe與OpenCV這類業界標準框架與函式庫,在Zynq SoC或MPSoC等晶片平台上開發各種嵌入式視覺應用。

賽靈思reVISION堆疊集眾多研發資源在平台、演算法、以及應用等領域的開發。其中包括支援最歡迎的類神經網路如AlexNet、GoogLeNet、SqueezeNet、SSD、以及FCN。除此之外,堆疊提供了函式庫元素,包含針對卷積神經網路(CNN)分層預先定義和作業最佳化,用來建立客制化類神經網路(DNN/CNN)。

機器學習元件佐以眾多運算加速OpenCV功能,用以執行電腦視覺處理作業。在應用層級開發方面,賽靈思支援業界標準框架,包括專為機器學習的Caffe以及電腦視覺方面的OpenVX。此外reVISION堆疊還包含賽靈思自己與第三方的開發平台,內含眾多種類的感測器。

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