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我所知道的谷歌第一批AI芯片

原有的处理单元将被颠覆,谷歌AI芯片已经通过测试阶段,相较市面上的FPGA和GPU,其每瓦性能呈倍数提升……

一年一度的Google I/O大会近日在美国硅谷登场;继去年发表开放源码TensorFlow算法之后,Google在会中宣布已经开发了针对人工智能(AI)应用的加速器芯片,称之为张量处理单元(tensor processing units,TPUs)。4Joesmc

Google执行长Sundar Pichai表示:“我们已经开始打造TPU,与市面上的FPGA和GPU相较,其每瓦性能呈倍数提升,而它们启动了AlphaGo系统;”AlphaGo就是在不久前击败人类围棋高手的Google人工智能。4Joesmc

而根据Google一位杰出硬件工程师Norm Jouppi在一篇博客文章中的说法,该种加速器早在一年多前就运用于Google的数据中心:“TPU已经启动许多Google的应用,包括用以改善搜索引擎结果关联度的RankBrain,以及在街景服务(Street View)改善地图与导航的精确度与质量。”4Joesmc

Jouppi表示,TPU芯片内含于一个插入服务器机架硬盘插槽的模块;Google工程师在22天前才拿到首批测试芯片;有鉴于AI算法的本质:“该芯片对于降低的运算精度有更高容忍度,也就是说它每次运作需要的晶体管越少,并因此能达到更高的每秒运算次数。”4Joesmc

TPU的开发案在数年前就已经展开,Google有一段时间曾招募不少具备半导体专长的工程师;不过一切研发活动都是秘密进行,就算该芯片其实已经运用于系统中。Google并非第一家专门为AI应用设计加速器芯片的公司;美国厂商Nervana Systems正准备推出将采用自家开发AI加速器之云端服务,另一家公司Movidius则是已经推出针对嵌入式应用的商业化芯片,最近还透露了开发高端版本的计划。4Joesmc

运算产业在过去几年广泛讨论如何更妥善加速新兴AI算法,例如卷积神经网络(convolutional neural networks,CNN);到目前为止,微软(Microsoft)、百度(Baidu)是选择在他们的云端服务采用FPGA加速器,而Facebook则是自己设计GPU加速器并开放其架构。4Joesmc

自从大约三年前展现了在影像识别方面媲美甚至超越人类的能力,AI算法变成产业当红炸子鸡;Google不久前展现了AI下围棋的杰出表现,又将这场复杂的市场竞赛推向新里程碑。Pichai表示,AlphaGo人工智能在那场与人类高手的对弈中,充分展现其创造力:“我们通常不会认为计算机能做出具创意的选择,因此这是AI非常大的进展。”4Joesmc

Google并未公开任何关于TPU芯片的细节,Pichai仅表示,去年发表的TensorFlow算法,已经成为GitHub平台上最受欢迎的软件项目;而也不必期待Google会将该芯片卖到市场上,因为他表示,TPU硬件会是Google云端平台最大的差异化优势之一。4Joesmc

Pichai并提供了Google如何利用AI提升机械手臂精确度的案例,此外其AI技术也应用于一种专门系统,可透过早期诊断来预防糖尿病引起的失明;他结论指出:“我们生活在一个运算的非常时期…真正的考验在于人类是否能透过AI的协助做更多事情,因此过去的不可能或许会变成可能。”4Joesmc

Google声称其TPU芯片采用的工艺领先三个世代,对此市场研究机构Tirias Research的资深分析师Kevin Krewell表示:“TPU可能将也许是16位浮点甚至更低精度整数运算的特定数学运算精度优化;”他并指出,TPU看来是锁定在卷积神经网络的推论(inference)部分,而非训练(training)的部分。4Joesmc

“推论只需要较低复杂度的数学,而Google显然是将那个部分的方程式优化;”Krewell指出:“训练则要求非常大的数据集,但TPU可能没有针对此部分优化。在这个方面,Nvidia的Pascal/P100仍会是对Google来说具吸引力的方案。”4Joesmc

VR、可穿戴式设备与智能家庭

除了公布TPU芯片这个大新闻,Google I/O也赶上了竞争对手如Amazon、Apple与Facebook的脚步,发表在虚拟现实(VR)、智能家庭、智能手表方面的相关成果。4Joesmc

在VR领域,Google不会自己制造硬件,但发表了一款针对VR头戴式设备与控制手把的参考设计,采用Android N操作系统;该操作系统的试用版本现在已经提供,预计采用该操作系统的首款VR设备将在今年秋天问世。4Joesmc

Google将其VR解决方案命名为Daydream,并与手机、芯片供货商合作定义了针对智能手机应用的规格;预期包括HTC、华为(Huawei)、LG、Samsung与小米(Xiaomi)等品牌将推出支持Daydream规格的手机产品。4Joesmc

Android N号称能将VR延迟性降低到20毫秒(milliseconds),Google正在与游戏、电影开发商合作,准备推出Android N专属的VR内容;Google也将在其他自家服务支持Daydream VR,包括YouTube视讯、Google Photos以及Google地图的街景服务。4Joesmc

整体看来,Android N将包含250种新功能,包括对Vulkan绘图应用程序编程接口(API)的支持;该API也应用于桌面计算机与游戏机;此外该操作系统内建档案加密功能, 支持更快的运作时间(runtime)以及新的实时(JIT)编译程序,能更快加载应用程序同时占用更少的内存空间。4Joesmc

此外Google宣布将在今年秋天推出自家语音控制设备,就叫做HOME;该产品将会跟Amazon Echo打对台。Google Home将扮演家用网关角色,将数字音乐、视频传送到家用扬声器或是电视机;该设备也内建喇叭,能连结到包括Nest智能恒温器等家用设备,处理自然语言Google搜寻需求。4Joesmc

Google也在大会上发表了Android Wear 2.0,是针对支持蜂窝通信智能手表应用,能支持对来自不同应用程序数据的更妥善组合与匹配。Google还提供了类似Apple FaceTime视讯电话应用程序──Duo的预览,该软件采用WebRTC标准的功能,能在接听电话者接起电话之前看到来电者的影像,预计今年夏天推出同时支持Android与iOS的版本。4Joesmc

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Rick Merritt
EE Times硅谷采访中心主任。Rick的工作地点位于圣何塞,他为EE Times撰写有关电子行业和工程专业的新闻和分析。 他关注Android,物联网,无线/网络和医疗设计行业。 他于1992年加入EE Times,担任香港记者,并担任EE Times和OEM Magazine的主编。
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