0
  • 聊天消息
  • 系统消息
  • 评论与回复
登录后你可以
  • 下载海量资料
  • 学习在线课程
  • 观看技术视频
  • 写文章/发帖/加入社区
创作中心

完善资料让更多小伙伴认识你,还能领取20积分哦,立即完善>

3天内不再提示

浅谈智能芯片的分类以及它的关键技术

独爱72H 来源:百家号 作者:佚名 2019-10-30 16:03 次阅读

(文章来源:百家号)

人工智能芯片目前有两种发展路径:一种是延续传统计算架构,加速硬件计算能力,主要以 3 种类型的芯片为代表,即 GPUFPGAASIC,但 CPU依旧发挥着不可替代的作用;另一种是颠覆经典的冯·诺依曼计算架构,采用类脑神经结构来提升计算能力, 以 IBM TrueNorth 芯片为代表。GPU 作为最早从事并行加速计算的处理器,相比 CPU 速度快, 同时比其他加速器芯片编程灵活简单。

程序在 GPU系统上的运行速度相较于单核 CPU往往提升几十倍乃至上千倍。随着英伟达AMD公司不断推进其对 GPU 大规模并行架构的支持,面向通用计算的 GPU(即GPGPU, GENERAL PURPOSE GPU,通用计算图形处理器)已成为加速可并行应用程序的重要手段,GPU 的发展历程可分为 3 个阶段:

第一代GPU(1999年以前 ) , 部分功能从CPU分离 , 实现硬件加速 , 以GE(GEOMETRY ENGINE)为代表,只能起到 3D 图像处理的加速作用,不具有软件编程特性。

第二代 GPU(1999-2005 年), 实现进一步的硬件加速和有限的编程性。1999年,英伟达发布了“专为执行复杂的数学和几何计算的” GeForce256 图像处理芯片,将更多的晶体管用作执行单元, 而不是像 CPU 那样用作复杂的控制单元和缓存,将 T&L (TRANSFORM AND LIGHTING) 等功能从 CPU 分离出来,实现了快速变换,这成为 GPU 真正出现的标志。

之后几年, GPU 技术快速发展,运算速度迅速超过 CPU。2001 年英伟达和 ATI 分别推出的GEFORCE3 和 RADEON 8500,图形硬件的流水线被定义为流处理器,出现了顶点级可编程性,同时像素级也具有有限的编程性,但 GPU 的整体编程性仍然比较有限。

第三代 GPU(2006年以后), GPU实现方便的编程环境创建, 可以直接编写程序。2006年英伟达与 ATI分别推出了 CUDA (Compute United Device Architecture,计算统一设备架构)编程环境和 CTM(CLOSE TO THE METAL)编程环境, 使得 GPU 打破图形语言的局限成为真正的并行数据处理超级加速器。

2008年,苹果公司提出一个通用的并行计算编程平台 OPENCL(OPEN COMPUTING LANGUAGE,开放运算语言),与CUDA绑定在英伟达的显卡上不同,OPENCL 和具体的计算设备无关。

目前, GPU 已经发展到较为成熟的阶段。谷歌、 FACEBOOK、微软、 TWITTER 和百度等公司都在使用 GPU 分析图片、视频音频文件,以改进搜索和图像标签等应用功能。此外,很多汽车生产商也在使用 GPU 芯片发展无人驾驶。不仅如此, GPU 也被应用于VR/AR 相关的产业。

但是 GPU也有一定的局限性。深度学习算法分为训练和推断两部分, GPU 平台在算法训练上非常高效。但在推断中对于单项输入进行处理的时候,并行计算的优势不能完全发挥出来。

FPGA 是在 PAL、 GAL、 CPLD 等可编程器件基础上进一步发展的产物。用户可以通过烧入 FPGA 配置文件来定义这些门电路以及存储器之间的连线。这种烧入不是一次性的,比如用户可以把 FPGA 配置成一个微控制器 MCU,使用完毕后可以编辑配置文件把同一个FPGA 配置成一个音频编解码器。因此, 它既解决了定制电路灵活性的不足,又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。

FPGA 可同时进行数据并行和任务并行计算,在处理特定应用时有更加明显的效率提升。对于某个特定运算,通用 CPU 可能需要多个时钟周期;而 FPGA 可以通过编程重组电路,直接生成专用电路,仅消耗少量甚至一次时钟周期就可完成运算。

此外,由于 FPGA的灵活性,很多使用通用处理器或 ASIC难以实现的底层硬件控制操作技术, 利用 FPGA 可以很方便的实现。这个特性为算法的功能实现和优化留出了更大空间。同时 FPGA 一次性成本(光刻掩模制作成本)远低于 ASIC,在芯片需求还未成规模、深度学习算法暂未稳定, 需要不断迭代改进的情况下,利用 FPGA 芯片具备可重构的特性来实现半定制的人工智能芯片是最佳选择之一。

功耗方面,从体系结构而言, FPGA 也具有天生的优势。传统的冯氏结构中,执行单元(如 CPU 核)执行任意指令,都需要有指令存储器、译码器、各种指令的运算器及分支跳转处理逻辑参与运行, 而 FPGA 每个逻辑单元的功能在重编程(即烧入)时就已经确定,不需要指令,无需共享内存,从而可以极大的降低单位执行的功耗,提高整体的能耗比。

目前以深度学习为代表的人工智能计算需求,主要采用 GPU、 FPGA 等已有的适合并行计算的通用芯片来实现加速。在产业应用没有大规模兴起之时,使用这类已有的通用芯片可以避免专门研发定制芯片(ASIC)的高投入和高风险。但是,由于这类通用芯片设计初衷并非专门针对深度学习,因而天然存在性能、 功耗等方面的局限性。随着人工智能应用规模的扩大,这类问题日益突显。

深度学习算法稳定后, AI 芯片可采用 ASIC 设计方法进行全定制, 使性能、功耗和面积等指标面向深度学习算法做到最优。

(责任编辑:fqj)

声明:本文内容及配图由入驻作者撰写或者入驻合作网站授权转载。文章观点仅代表作者本人,不代表电子发烧友网立场。文章及其配图仅供工程师学习之用,如有内容侵权或者其他违规问题,请联系本站处理。 举报投诉
  • 芯片技术
    +关注

    关注

    1

    文章

    153

    浏览量

    16931
  • AI
    AI
    +关注

    关注

    87

    文章

    26139

    浏览量

    263716
收藏 人收藏

    评论

    相关推荐

    光伏逆变器拓扑概述及关键技术

    光伏逆变器拓扑概述及关键技术
    的头像 发表于 02-21 09:47 209次阅读
    光伏逆变器拓扑概述及<b class='flag-5'>关键技术</b>

    浅谈基于数字孪生的配电室关键技术研究

    ”的“数字孪生体”,提升“数据驱动”的全生命周期以及应用效能。而对于配电室而言,在其内部使用数字孪生技术,可以有效地提高配电室的运营和管理效率,并以数字孪生技术为基础,对其关键技术要素
    发表于 01-09 15:49

    浅谈基于数字孪生的配电室关键技术研究

    数字孪生配电室关键技术应运而生,数字孪生配电技术主要依托于孪生全景三维建模技术,构建配电室及配电设备的三维全景虚拟模型;再根据其中数据对此进行建模,掌握和操控配电室的运行状态。数字孪生配电室
    的头像 发表于 12-22 09:00 242次阅读
    <b class='flag-5'>浅谈</b>基于数字孪生的配电室<b class='flag-5'>关键技术</b>研究

    浅谈基于数字孪生的配电室关键技术研究

    摘要:在传统配电室的应用过程中,受环境、运维以及管理等外界因素的影响,导致传统配电室难以发挥实际价值。在此基础上,数字孪生配电室关键技术应运而生,数字孪生配电技术主要依托于孪生全景三维建模技术
    的头像 发表于 12-20 15:59 220次阅读
    <b class='flag-5'>浅谈</b>基于数字孪生的配电室<b class='flag-5'>关键技术</b>研究

    人工智能中文本分类的基本原理和关键技术

    在本文中,我们全面探讨了文本分类技术的发展历程、基本原理、关键技术、深度学习的应用,以及从RNN到Transformer的技术演进。文章详细
    的头像 发表于 12-16 11:37 466次阅读
    人工<b class='flag-5'>智能</b>中文本<b class='flag-5'>分类</b>的基本原理和<b class='flag-5'>关键技术</b>

    物联网关键技术和应用

    电子发烧友网站提供《物联网关键技术和应用.pdf》资料免费下载
    发表于 11-28 10:37 0次下载
    物联网<b class='flag-5'>关键技术</b>和应用

    SMT焊盘设计中的关键技术

    在电子组装领域,表面贴装技术(Surface Mount Technology,SMT)已成为一种主流的组装方式。SMT的核心在于焊盘设计,它直接影响着焊接质量和产品可靠性。本文将探讨SMT焊盘设计中的关键技术,包括焊盘的尺寸设计、材料选择、表面处理
    的头像 发表于 11-14 11:22 233次阅读
    SMT焊盘设计中的<b class='flag-5'>关键技术</b>

    PLC的工作流程、分类关键技术

    的程序来实现对生产过程的控制。本文将介绍PLC的工作流程、分类以及一些关键技术,帮助读者更好地理解PLC的性能和应用。
    发表于 09-27 17:14 787次阅读

    视觉导航关键技术及应用

    由于视觉导航技术的应用越来越普及 ,因此 ,有必要对视觉导航中的关键技术及应用进行研究。文章对其中的图像处理技术和定位与跟踪技术进行了详细研究 ,并与此相对应 ,介绍的相关的应用。
    发表于 09-25 08:09

    面向OpenHarmony终端的密码安全关键技术

    安全研究 04►面向国产化智能终端的自主可控系统密码安全关键技术 在系统密码安全关键技术研究方面,何道敬教授所在团队提出一系列创新的密码安全技术方案,涵盖云、管、端的安全需求,与国内外
    发表于 09-13 19:20

    OpenHarmony 分布式硬件关键技术

    本文转载自 OpenHarmony TSC 官方《峰会回顾第8期 | OpenHarmony 分布式硬件关键技术》 演讲嘉宾 | 李刚 回顾整理 | 廖涛 排版校对 | 李萍萍 嘉宾简介 李刚
    发表于 08-24 17:25

    轮毂电机及电动轮关键技术是什么

    轮毂电机的研发、产业化和整车应用为全球技术竞争的焦点和研究热点。十三五和十四五期间,国家“新能源汽车”试点专项持续推动轮毂电机相关课题的研究,如2017年分布式纯电动轿车底盘开发(重大共性关键技术
    发表于 08-17 10:01 402次阅读
    轮毂电机及电动轮<b class='flag-5'>关键技术</b>是什么

    见“芯”知著,浅析北斗芯片关键技术

    作用,强力推动整个产业的高速发展。只有掌握芯片的核心关键技术,特别是高端产品的领先技术,才能使我国的信息产业占据全世界范围内的产业链制高点,更进一步支撑我国信息产业发展的国家战略。北斗芯片
    的头像 发表于 06-09 12:04 414次阅读
    见“芯”知著,浅析北斗<b class='flag-5'>芯片</b><b class='flag-5'>关键技术</b>

    国内制造业转型关键技术——机器人

    智能时代,人工智能的底层关键技术包括智能装备、智能产品、互联网和大数据,而机器人是智能装备和
    发表于 04-07 10:51 222次阅读

    实现物联网与智能电网集成的关键技术

    风暴、地震和恐怖袭击等紧急情况。智能电网还允许在发生设备故障或中断时自动重新路由,因为具有双向交互功能。智能电网的概念模型如图1所示。  实现物联网与智能电网集成的
    发表于 04-06 16:29