星光智能一號是中星微主導的“星光中國芯工程”的又一重大階段性成果，這標志著我國在神經(jīng)網(wǎng)絡處理器領域的研究和開發(fā)上取得了重大突破;在基于“數(shù)據(jù)驅(qū)動并行計算”架構的深度學習人工智能領域達到國際先進水平;使我國視頻監(jiān)控行業(yè)發(fā)展由模擬時代、數(shù)字時代跨入智能時代，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化并促進整體水平提升，在全球確立領先地位。
“星光智能一號”中國首款嵌入式神經(jīng)網(wǎng)絡處理器芯片誕生
從“深藍”到Alphgo，人工智能如何發(fā)展?
人工智能經(jīng)過了跌宕起伏的發(fā)展過程，從“深藍”對決國際象棋，到Alphago對戰(zhàn)圍棋九段李世石，人工智能都以勝者的姿態(tài)展現(xiàn)在世人面前。不過，兩次人機大戰(zhàn)背后的技術力量截然不同。第一次人機大戰(zhàn)，“深藍”憑借的是超級計算機的運算速度，而第二次人機大戰(zhàn)中，Alphgo依靠的卻是模仿人腦的深度學習神經(jīng)網(wǎng)絡。
然而，有一個問題擺在我們面前，深藍重達1270公斤，有32個CPU，而Alphago更是運行在一個龐大的服務器集群上，每下一盤棋的電費就高達3000元美金!深度學習只是大型服務器集群的專屬嗎?小型化設備能否集成深度學習系統(tǒng)?中星微國家重點實驗室給出的答案是：前端小型化設備也可以擁有人工智能。
中星微數(shù)字多媒體芯片技術國家重點實驗室執(zhí)行主任張韻東表示，神經(jīng)網(wǎng)絡處理器(NPU)針對CNN(卷積神經(jīng)網(wǎng)絡，Convolutional Neural Network)算法特性而設計的處理器內(nèi)核，徹底顛覆了馮諾依曼架構而采用了“數(shù)據(jù)驅(qū)動”并行計算架構。
每個NPU處理器具有4個內(nèi)核(NPU Core)，每個內(nèi)核有兩個數(shù)據(jù)流處理器(Dataflow Processor), 每個數(shù)據(jù)流處理器具有8個長位寬或16個短位寬的SIMD(單指令多數(shù)據(jù))運算單元。在一個時鐘周期內(nèi)，NPU處理器可同時完成64個長位寬MAC運算或者128個短位寬MAC運算。每個NPU處理器具有38G Ops的長位寬處理能力或者76G Ops的短位寬處理能力。
NPU的處理性能可以通過組成多核陣列來提升，也可以通過多芯片級聯(lián)的方式進一步擴展，以滿足更復雜的CNN網(wǎng)絡運算的性能需求。每個NPU處理器中同時還包含一個LW Processor(長字處理器)，專門用于處理神經(jīng)元網(wǎng)絡中的超越函數(shù)等復雜計算。另外，每個NPU處理器還具有256KB Level-2 Cache，以及整塊數(shù)據(jù)搬移(Block Data Access)，片內(nèi)數(shù)據(jù)共享(Data-sharing Between Processor Units)，提升數(shù)據(jù)流的吞吐效率。并與軟件配合利用了稀疏數(shù)據(jù)優(yōu)化(Optimization for Sparse Data)等特性提高計算效率。NPU開發(fā)包提供可視化的數(shù)據(jù)流程圖優(yōu)化工具。NPU支持Caffe、TensorFlow等多種神經(jīng)網(wǎng)絡框架, 支持AlexNet、GoogleNet等各類神經(jīng)網(wǎng)絡。
張韻東介紹說，星光智能一號的誕生，將人工智能與大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)有機結合在一起，成千上萬個視頻監(jiān)控設備所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，通過前端智能分析、后端深度挖掘，能夠產(chǎn)生巨大的社會效益和經(jīng)濟價值。
“星光智能一號”芯片
從星光一號到星光智能一號，芯片產(chǎn)業(yè)未來在何方?
在中國芯片產(chǎn)業(yè)發(fā)展史上，“中星微”是一個耀眼的名字。1999年，在原國家信息產(chǎn)業(yè)部的直接投資和領導下，以及財政部、科技部、國家發(fā)改委、北京市等有關部門的大力支持下，鄧中翰、楊曉東等一批來自美國硅谷的留學回國博士在北京中關村創(chuàng)立了中星微電子集團。
2001年9月，百萬門級超大規(guī)模芯片“星光一號”實現(xiàn)產(chǎn)品化，并成功打入國際IT市場，結束了中國無“芯”歷史。星光數(shù)字多媒體芯片系列產(chǎn)品，廣泛應用于個人電腦、寬帶、移動通訊、信息家電等領域，占據(jù)了全球計算機圖像輸入芯片60%以上的市場份額。有媒體將“星光一號”同神州飛船、水稻基因組并稱為20世紀90年代的重大科技成果，稱其“取得了一系列歷史性成就，書寫了新的輝煌篇章”。
中星微主導的“星光中國芯工程”，見證著中國芯片產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，中星微成為中國第一家在美國納斯達克上市的集成電路設計企業(yè);牽頭制定的SVAC國家標準是世界上第一個專門用于安防監(jiān)控領域的視音頻編解碼標準;公司創(chuàng)始人鄧中翰也成為我國第一位來自創(chuàng)業(yè)創(chuàng)新領域的兩院院士，同時也是最年輕的中國工程院院士。
從“星光系列”芯片，到“星光移動系列”芯片，再到“星光智能一號”，中星微走過了十五個年頭。十五年風雨無阻，十五年砥礪前行，中星微實現(xiàn)了幾代中國集成電路科技工作者的夢想，是中國電子信息產(chǎn)業(yè)從“中國制造”邁向“中國創(chuàng)造”、引領國際市場的成功典范。
十余年來，中星微實現(xiàn)了九大核心技術突破，申請了3000多項國內(nèi)外專利，其中超過90%是發(fā)明專利，形成了完整的數(shù)字多媒體芯片技術體系，建立了國際認可的PC圖像輸入國際標準和移動應用處理器MIPI國際標準，開發(fā)出擁有自主知識產(chǎn)權、具有國際先進水平的系列芯片，先后兩次獲得“國家科技進步一等獎”。
面對半導體行業(yè)發(fā)展面臨的瓶頸，中星微創(chuàng)新地提出了“智能摩爾(Intelligent Moore)”的發(fā)展路徑。張韻東表示，雖然物理層面和信號層面都受到摩爾定律的制約，但在信息層面的技術創(chuàng)新還遠沒有達到極限。如何進一步借鑒人腦生理機制，研究新型計算架構，提升信息處理的性能功耗比，可能是下一次信息革命的關鍵。
張韻東表示，在未來五年中，中星微會持續(xù)開展新型“數(shù)據(jù)驅(qū)動”并行計算架構的研究工作，采用更加接近生物人腦的工作機理的方式，推出更低功耗、更高運算性能的下一代神經(jīng)網(wǎng)絡處理器。摩爾定律走到盡頭是客觀物理規(guī)律，但是通過人工智能的發(fā)展，信息處理效率的提升還大有可為。
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