破解物联网AI芯片设计难题 耐能KL520首发引业界关注

本站原创，作者：章鹰，电子发烧友执行副主编。

2019年AI芯片市场是惹人注目的科技主赛道，云端服务器AI芯片市场依图科技高调发布新品，智能手机AI芯片市场中外企业不断推出迭代产品，在落地前景最为光明的物联网终端设备市场，耐能公司推出的AI系统级芯片KL520吸引了众多行业用户和媒体的目光。

“智能终端计算成为趋势。考虑通讯延时、基于硬件设备、个人隐私考虑，我们需要在终端设备、传感器，各种设备端上实现AI计算。但是要满足各种场景下AI计算的需求，需要考虑算力和功耗问题的平衡。特别是智能家居领域的物联网芯片有严苛的功耗约束，如何在功耗受限的场景下实现AI算法和运算效能是关键难题，”清华大学微电子学研究所副所长尹首一曾这样对记者说。

图：耐能创始人兼CEO刘峻诚发布KL520智能物联网专用AI SoC。

5月15日，在深圳蛇口希尔顿酒店举办的新品发布会上，耐能创始人兼CEO刘峻诚率先登场，以《引领终端AI》为题，正式发布这款智能物联网专用AI SoC——KL520。

图：耐能KL520智能物联网专用AI SoC及其开发板

“KL520芯片采用40纳米工艺，采用可重组架构，算力最高可达345GOPS，采典型功耗500毫瓦，硬件的运算效率达70%，是竞争对手2-3倍。” 耐能公司创始人兼CEO刘峻诚博士对电子发烧友记者表示，“KL520可以达到支持ONNX、Tensorflow、Keras、Caffe框架，采用Vgg16、Resnet、GoogleNet、YOLO等主流的CNN模型，压缩精度损失＜0.5%，在人脸识别、物品识别、身体与手势识别、3D传感等应用上都有不俗表现。”

耐能KL520智能物联网专用AI SoC如何能实现小体积、低功耗和有效算力？在出货量为千万级的物联网AI芯片市场主打哪些应用落地？发布会现场，刘峻诚博士带来了精彩讲解，还有美国高通公司风险投资总监毛嵩、大唐半导体研发部技术总监母大学、奥比中光高级战略BD总监彭勋禄、蓦然认知创始人兼CEO戴帅湘接连登台，分享了各自在AI领域的布局、与耐能的合作情况。

可重组架构支持物联网领域多元应用

作为耐能首款智能物联网专用AI SoC芯品，KL520研发难度比一般的AI加速芯片（ASIC）更加高，这款产品显然度过六大关键技术难关，总线架构技术、IP核可复用技术，软硬件协同技术、时序分析技术、验证技术、可测性设计技术，这些关键技术都涉及跨学科知识，开发流程多达40个工序。

图：耐能AI生态

对于为何采取可重构设计架构？刘峻诚分析说，AI的应用呈现多元化，2D和3D的人脸识别，语言语义和物体识别，每个神经网络支持不同的应用，比如ResNet做人脸识别效果非常好，SSD300主攻物体识别和分类，这些神经网络的核心区块都有相似点，有些厂商将不同部分放在芯片上，支持的部分越多，芯片就越大，功耗就越高，价格也越高。

图：KL520算力能效比

耐能公司发明了专利技术，将神经网络小的区块建成模块，采用类似于乐高积木的搭建方法，实现不同功能，比如语音+视觉、3D人脸识别，正是耐能独家专利技术的支持，KL520实现了低功耗的同时，一颗物联网芯片可以支持多种应用。随后，刘峻诚放出了耐能KL520智能物联网专用AI SoC的架构图与详细参数。

图：耐能KL520智能物联网专用AI SoC的架构图

对于客户的不同需求，耐能提供两种服务。有些客户不具备芯片二次开发能力，耐能提供定制化的芯片，软件都已经做完；还有一些国际客户，研发团队很强大，自家进行客制化开发，耐能编译器平台支持95%以上的AI开发者，不需要了解硬件，编译器产生指令集，基于芯片做二次开发。

AI商业化2.0时代，低功耗物联网芯片极具市场潜力

高通风险投资总监毛嵩认为，在2014年，全世界进入AI 1.0时代，卷积神经网络算法很快被商用起来，高通重点关注拥有数据落地场景的垂直行业公司。当时在智能AI终端市场还没有出现低功耗的产品；现在，全球进入AI商业化2.0，进入行业IoT趋势，AI进入到各个子行业中，解决的是传统行业用传统劳动力－人眼去检测的问题，不要求很高的精度，有效算力＋低功耗＋高兼容性+可控成本成为物联网芯片的需求关键点。

耐能是物联网芯片需求的先进提供商之一，其推出的KL520芯片目前具备驱动物联网细分市场AI芯片需求的能力。刘竣诚指出，KL520的应用领域广泛，可以赋能智能门锁、门禁系统、机器人、无人机、智能家电、智能玩具等众多品类，有实力成为业界主流的AI赋能者。“2018年公司创立之处，耐能为客户提供NPU IP以及算法、图像识别软件，为客户定制的两颗NPU芯片都以IP授权为主，2019年5月我们推出AI Soc芯品——KL520，2019年第四季度，耐能将发布更高规格的第二款AI SoC——KL720。

智能门锁和3D感测的落地应用

“2018年，中国智能门锁市场出货量达到1300万套，到了2020年，中国智能门锁出货量预计会达到2000万套，但目前市场上2D人脸解锁技术存在安全性差，客户满意度低的痛点，3D人脸解锁可以解决，但是目前3D人脸解锁芯片功耗多大，产品处于实验开发阶段。” 大唐半导体产品开发部总监母大学分析表示，KL520针对物联网嵌入式应用，低功耗正好契合大唐的需求。

面对智能门锁产业日益凸显的安全问题和“智能门锁+AI”“智能门锁+安全”趋势，大唐半导体选择携手耐能，打造3D人脸识别安全智能门锁解决方案。母大学指出，这款方案主打安全和低功耗，在不增加智能门锁电池容量前提下，将智能门锁在业界做到标杆，实现4V情况瞬间电流400毫安以内，达到功耗平衡，提升客户的满意度。

这款方案兼具安全芯片主控、低功耗AI芯片、3D人脸识别算法、BLE5.0等四大亮点。他相信，通过大唐半导体和耐能强强联手、优势互补，有望破解智能门锁的安全保障、系统稳定、功耗问题、售后问题等多项难题。

母大学指出，耐能3D方案在专属打造的轻量级AI芯片强大的AI算力的支持下，不仅利用了人脸识别、人脸比对、活体检测等红外人脸信息，而且通过红外相机和彩色相机得到的特征点视差计算出人脸的3D信息，然后将得到人脸3D信息和人脸2D红外图像信息、RGB图像信息通过耐能融合算法与原始数据进行匹配，结果都和录入数据匹配才算认证成功，安全性得到极大的提升，误识率仅为数十万分之一。同时，对包括室内室外的光线环境均能很好适应，也能有效地防止多种材质的相片、显示屏甚至人脸模型的攻击。

奥比中光高级战略BD总监彭勋禄介绍说，作为全球领先的3D视觉技术方案提供商，奥比中光是国际上少数几个掌握3D传感绝大部分核技术、产品已广泛应用于客厅生态、3D扫描、机器人、安防、金融等20多个业务领域，在全球各国家和地区拥有3000多家客户。未来，奥比中光将持续推动AI 3D传感技术对垂直行业的深度赋能，让所有终端都能看懂世界。

图：耐能3D传感方案

展望2019年AI芯片市场中耐能公司发展的愿景，刘竣诚表示：“耐能团队和技术的基因是终端侧的图像处理，我们会持续设计低成本和低功耗的AI视觉芯片。同时，我们也收到客户需求，他们希望在AI视觉芯片上增加语音识别功能，因此我们的下一代芯片会规划集成离线AI语音识别。支持多种数据源输入，这也符合我们Edge AI Net的愿景。”

在市场拓展上，耐能凭借实力向多个物联网细分市场发力。“我们看到智能门锁、扫地机器人都有百万芯片的市场容量，智能音箱市场特别大，Google和亚马逊都有很大的出货量，KL520除了系统级芯片外，还可以当作协处理器，搭配主芯片后进入这个市场是具备实力的。

据悉，目前耐能是通过智能门锁市场保住芯片的流片成本，未来我们进军智能音箱、智能手机和智能安防（智能摄像头）市场，2019年第四季度，耐能将发布更高规格的第二款AI SoC——KL720，以保证市场策略得到产品上的支持。” 刘竣诚分析说。