FPGA在無(wú)人機(jī)中的應(yīng)用已經(jīng)有很多案例，譬如：基于FPGA的無(wú)人機(jī)控制器設(shè)計(jì)方案，包括電機(jī)控制方法，基于FPGA的無(wú)人機(jī)電機(jī)控制方法等等。今天這里我們不討論技術(shù)實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)。
在一年一度的中國(guó)電子ICT媒體論壇暨2019產(chǎn)業(yè)和技術(shù)展望研討會(huì)上，機(jī)器人網(wǎng)與賽靈思（XILINX）進(jìn)行了交流，了解到關(guān)于無(wú)人機(jī)方面可以采用FPGA快速實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)的視覺(jué)控制，早在2017年就與國(guó)內(nèi)一廠商合作研發(fā)了無(wú)人機(jī)的手勢(shì)控制。
一、FPGA在芯片設(shè)計(jì)中的地位
我們過(guò)去調(diào)侃國(guó)內(nèi)的AI芯片創(chuàng)業(yè)公司，說(shuō)這幾家做AI芯片的創(chuàng)業(yè)公司自己誰(shuí)都沒(méi)賺到錢(qián)，但把賣(mài)儀器儀表的公司喂得飽飽飽的。
為什么會(huì)出現(xiàn)這種情況，我們來(lái)了解一下FPGA在芯片設(shè)計(jì)行業(yè)發(fā)展中的特點(diǎn)。
計(jì)算芯片工藝從過(guò)去28納米、20納米， 16納米，14納米、10納米、7納米、5納米、3納米，摩爾定律使芯片性能增加速度越來(lái)越飽和。大家看到技術(shù)的趨勢(shì)，只有高端的消費(fèi)類(lèi)、迭代很快的產(chǎn)品（例如手機(jī)）才能支撐得起最先進(jìn)工藝高昂的芯片迭代成本。至于芯片的發(fā)展趨勢(shì)，無(wú)論從CPU、GPU到FPGA、ASIC，對(duì)于通用芯片來(lái)講，它的好處是應(yīng)用比較廣泛、上手比較快，大公司如谷歌、阿里也在出芯片，眾多創(chuàng)業(yè)公司都在做各種各樣的ASIC，希望在特定的定制領(lǐng)域提供一些場(chǎng)景和應(yīng)用。對(duì)這些特定的場(chǎng)景和應(yīng)用，ASIC的性價(jià)比可能更高，所以技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)一定是從CPU、GPU到 FPGA，最后到ASIC。所以在市場(chǎng)上有一個(gè)很重要的時(shí)間窗口，就是每個(gè)行業(yè)在需求成熟之前，在各大公司有能力、有信心去開(kāi)ASIC把這個(gè)錢(qián)賺回來(lái)之前，大家不會(huì)去開(kāi)ASIC，而且這時(shí)候又需要一個(gè)平臺(tái)做初期的市場(chǎng)嘗試或者在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中快速將創(chuàng)意變成現(xiàn)實(shí)， 想要贏得市場(chǎng)先機(jī)，這時(shí)候FPGA就是最好的計(jì)算平臺(tái)產(chǎn)品。
二、賽靈思的新戰(zhàn)略和下一代Versal計(jì)算引擎
賽靈思在2018年發(fā)布了新的戰(zhàn)略：數(shù)據(jù)中心優(yōu)先，加速傳統(tǒng)的八大核心市場(chǎng)，驅(qū)動(dòng)自適應(yīng)的計(jì)算。其傳統(tǒng)的市場(chǎng)大概分成八個(gè)方向：第一類(lèi)汽車(chē)，在AI出來(lái)之前，賽靈思在汽車(chē)行業(yè)已經(jīng)深耕了十幾年，有各種各樣的符合車(chē)規(guī)認(rèn)證的車(chē)載芯片。在通信領(lǐng)域，各種各樣的FPGA做高性能的信號(hào)處理。包括航空航天，傳統(tǒng)的工業(yè)控制、醫(yī)療，包括儀器儀表。
賽靈思發(fā)布的下一代Versal計(jì)算引擎，首先是面對(duì)通信和人工智能高性能場(chǎng)景，定義了完全不一樣的芯片價(jià)格，利用3D技術(shù)提供高性能的高帶寬存儲(chǔ)，提供兩個(gè)能力，一個(gè)是計(jì)算能力，一個(gè)是存儲(chǔ)能力，人工智能的網(wǎng)絡(luò)都是幾十幾百層，幾千萬(wàn)上億參數(shù)的快速運(yùn)算和反復(fù)的讀取，如果每一層的數(shù)據(jù)運(yùn)算的結(jié)果都需要去讀寫(xiě)的話，一個(gè)是延時(shí)長(zhǎng)，一個(gè)是功耗大，所以為什么現(xiàn)在主流做AI芯片慢慢會(huì)提供盡可能大的存儲(chǔ)空間，而3D的技術(shù)是最有效提供高性能面向存儲(chǔ)的技術(shù)。同時(shí)賽靈思充分利用硬核處理器功能，支持AI場(chǎng)景的快速運(yùn)算。
三、整套全面的快速解決方案
在過(guò)去幾年的AI公司碰到的痛點(diǎn)是，大家做芯片本身沒(méi)有那么難，無(wú)論是AI芯片包括其它的芯片，包括國(guó)家自己做的各種CPU，把芯片本身做出來(lái)不難，但是為了用起來(lái)，需要的軟件、生態(tài)環(huán)境、工具鏈，各種參考應(yīng)用，這些需要花更長(zhǎng)的時(shí)間，更多的資源才能幫助市場(chǎng)和客戶把產(chǎn)品用起來(lái)才是最關(guān)鍵最核心的因素。
我們看到賽靈思也意識(shí)到到了這點(diǎn)，因此提供了整套的產(chǎn)品，包括為客戶提供不同層次的支持，從底層的硬件，中間各種各樣的IP以及軟件，應(yīng)用層各種各樣的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，都可以提供，所以理論上來(lái)講，選擇賽靈思不同的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，選擇合適的芯片、合適的硬件，這些PCB的板卡都比較成熟，無(wú)論是賽靈思還是市場(chǎng)上比較有實(shí)力的客戶都有能力做這些硬件。
如果結(jié)合賽靈思傳統(tǒng)的開(kāi)發(fā)軟件，把這些整套的AI相應(yīng)的工具用起來(lái)，就可以快速地實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的部署。
四、行業(yè)解決方案
從行業(yè)的角度來(lái)講，譬如無(wú)人機(jī)行業(yè)，作為研發(fā)廠商，我們可能希望芯片商能為我們提供一個(gè)專(zhuān)用的AI解決方案。但是大部分芯片廠商提供的是通用解決方案，包括賽靈思，除非你能有非常大的量，可是無(wú)人機(jī)目前全球一年的銷(xiāo)量也才區(qū)區(qū)100萬(wàn)臺(tái)左右，根本做不到“大量”。
賽靈思提供的也是通用的AI解決方案，也就是說(shuō)，賽靈思的AI解決方案提供了既能做人臉，也能做車(chē)輛檢測(cè)等方面的視覺(jué)識(shí)別應(yīng)用，為了實(shí)現(xiàn)這樣的通用性，也就是靈活性，賽靈思做了兩件事情，第一件事情是在底層定義了自己的指令級(jí)和IP，這些IP是非常高效的定制IP，就是來(lái)專(zhuān)門(mén)為人工智能做不同的算子，比如特殊編程，提供定向加速的IP，定向到相應(yīng)的指令，但這還是很底層的硬件開(kāi)發(fā)能力。同時(shí)，賽靈思開(kāi)發(fā)了工具，通過(guò)這些工具和SDK為用戶提供了接口。所以工程師不需要寫(xiě)任何一行代碼，只需要調(diào)用起來(lái)，就可以支持不同行業(yè)不同場(chǎng)景的應(yīng)用，但是根據(jù)特定的行業(yè)肯定要做相應(yīng)的再處理。因此，無(wú)論是人臉、車(chē)輛等等都是不同的CNA，它們核心的算子都是一樣的，就是網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和參數(shù)配置不一樣，然后生成不同的指令，最終運(yùn)行在不同的硬件平臺(tái)上。
賽靈思是希望通過(guò)這樣一個(gè)通用的處理器平臺(tái)，為客戶提供一個(gè)比較高效的開(kāi)發(fā)用戶體驗(yàn)。
好處是，我們基本上不用去關(guān)心底層，只需在上層結(jié)合自己的業(yè)務(wù)和特定場(chǎng)景，譬如無(wú)人機(jī)的手勢(shì)識(shí)別與控制，目標(biāo)物體的識(shí)別等等。
五、解決周期與代價(jià)痛點(diǎn)的快速解決方案
我們都知道，F(xiàn)PGA很多場(chǎng)景應(yīng)用都非常高，代價(jià)就是周期比較長(zhǎng)，三個(gè)月六個(gè)月一年都有可能。
好在賽靈思推出了快速解決方案：最快幾個(gè)小時(shí)就可以把新的網(wǎng)絡(luò)部署在硬件上，就可以把系統(tǒng)運(yùn)行起來(lái)，這對(duì)人工智能的創(chuàng)業(yè)公司來(lái)說(shuō)是最重要的，可以非?？斓啬玫揭粋€(gè)原型機(jī)，用這些原型機(jī)去真正的場(chǎng)景做性能、功能的迭代、數(shù)據(jù)的收集，這樣產(chǎn)品才能更快地比別人推向市場(chǎng)。
六、免費(fèi)的AI午餐
賽靈思作為一顆傳統(tǒng)的FPGA芯片公司，現(xiàn)在已經(jīng)慢慢走向另外一個(gè)維度，他們?yōu)榭蛻籼峁┑牟粏问且活w芯片，以及圍繞芯片的PCB層面的參考設(shè)計(jì)，現(xiàn)在賽靈思可以為客戶提供：基于芯片、IP加上工具，以及客戶在真實(shí)場(chǎng)景中真實(shí)應(yīng)用的算法，整個(gè)一套都幫客戶提供參考設(shè)計(jì)，而參考設(shè)計(jì)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，通常會(huì)免費(fèi)提供給客戶，目的是幫助客戶更好的使用基于賽靈思FPGA的解決方案。
所以無(wú)論是給警察用，包括重要領(lǐng)導(dǎo)人的出訪，事前事中事后的布防，包括追蹤等等，車(chē)輛信息的檢測(cè)，包括車(chē)牌、車(chē)的型號(hào)，包括行人衣服的顏色，有沒(méi)有戴眼鏡等等信息都是最基本的。
賽靈思覺(jué)得現(xiàn)在有能力幫助客戶提供各種各樣的應(yīng)用層面的參考設(shè)計(jì)跟行人參考的應(yīng)用，行人關(guān)鍵點(diǎn)的檢測(cè)，這都是很普通的應(yīng)用，他們希望這些應(yīng)用是給人和機(jī)器之間提供了另外一類(lèi)人機(jī)交互的接口。譬如，很多人都玩過(guò)無(wú)人機(jī)，大家玩的時(shí)候要么兩個(gè)手拿手機(jī)，要么兩個(gè)手拿控制器，但是有了人機(jī)交互新的界面之后，有些特定的動(dòng)作，拍照、錄視頻等等，可以極大地提升娛樂(lè)性。
機(jī)器人網(wǎng)了解到，賽靈思為了讓客戶更好地使用他們的產(chǎn)品，做了很多創(chuàng)新和努力。傳統(tǒng)的方式就是提供RTL full design工具，這是傳統(tǒng)領(lǐng)域適用的。主流的人工智能公司都是算法公司，他們都不知道FPGA是干什么的，而賽靈思會(huì)逐漸提供各種各樣的工具、底層的功能模塊，比如網(wǎng)絡(luò)接口、物理層各種各樣的接口和計(jì)算單元，包括DPU也是IP的一種，基于這種IP，如果賽靈思沒(méi)有現(xiàn)成的IP就會(huì)提供給客戶，但客戶說(shuō)我還有其它功能，沒(méi)有IP怎么辦，就會(huì)提供HLS，通過(guò)工具把這些代碼自動(dòng)轉(zhuǎn)成底層的代碼，再往后賽靈思在嵌入式系統(tǒng)層面提供各種各樣的系統(tǒng)，包括車(chē)載的系統(tǒng)等等，在嵌入式層面，把相應(yīng)的東西盡可能配置好，減少開(kāi)發(fā)周期，最終在應(yīng)用層面提供各種庫(kù)，比如說(shuō)人工智能的網(wǎng)絡(luò)庫(kù)。在平臺(tái)層面，賽靈思把不同的應(yīng)用放在AWS、阿里云、華為云上，這樣客戶用華為云的方式調(diào)用IP。最終賽靈思會(huì)提供各種各樣的端到端的IP。這是過(guò)去幾年賽靈思做的很大的轉(zhuǎn)變，通過(guò)這種轉(zhuǎn)變他們也希望能夠在未來(lái)人工智能時(shí)代配合客戶和合作伙伴快速地進(jìn)行產(chǎn)品落地。
在賽靈思戰(zhàn)略中，無(wú)人機(jī)也是其中重要的一個(gè)消費(fèi)領(lǐng)域
行業(yè)展望：AI可能成為無(wú)人機(jī)行業(yè)未來(lái)致勝的關(guān)鍵
無(wú)人機(jī)發(fā)展到目前這個(gè)階段，消費(fèi)類(lèi)市場(chǎng)由于高度集中，出現(xiàn)了一家獨(dú)大甚至壟斷的局面，正是因?yàn)檫@樣的情況，導(dǎo)致創(chuàng)新越來(lái)越匱乏，而以前在消費(fèi)類(lèi)市場(chǎng)拼殺的公司基本轉(zhuǎn)向行業(yè)應(yīng)用，特別是零度。也因此，無(wú)人機(jī)在各種行業(yè)的應(yīng)用百花齊放，未來(lái)可能的消費(fèi)細(xì)分市場(chǎng)也將會(huì)有新的公司出現(xiàn)，在AI盛行且具有實(shí)際落地應(yīng)用的關(guān)鍵時(shí)間窗口，怎樣快速在無(wú)人機(jī)上應(yīng)用AI將成為行業(yè)無(wú)人機(jī)勝出的機(jī)會(huì)，新一輪殘酷的優(yōu)勝劣汰又將開(kāi)始了，誰(shuí)能快速且牢牢的占據(jù)AI的制高點(diǎn)，將打破平衡，迎來(lái)無(wú)人機(jī)行業(yè)的新時(shí)代。
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