據IDC預測,到2020年全球將有超過50%的物聯網資料將在邊緣處理。而邊緣裝置只能處理區域性資料,無法形成全域性認知,因此實際應用中仍然需要藉助雲端計算平臺來實現資訊的融合,可以說,雲端計算與邊緣計算正逐漸成為支撐物聯網的兩大支柱。
工業物聯網的高要求
與傳統意義上的物聯網不同,工業物聯網面臨著一些新的挑戰,尤其是和消費類物聯網相比有很大大同:第一,它對實時性要求非常高,一般在消費領域不談自動化(OT),在消費領域談的都是資訊化(IT),只有在工業領域才涉及到OT的問題,這直接涉及到對於產量資訊的控制管理,而對機器控制管理,往往都是毫秒級甚至在微秒級,所以它對實時性的要求更高。第二,英特爾中國區物聯網事業部技術長兼首席工程師張宇博士表示:“我們看到在跟產線上的工廠的一些使用者進行交流的時候,他們對於可靠性方面的要求也更高,對產品監控質量往往都是很高要的。在其他的物聯網領域,如果有一些小的差錯,客戶也許是能夠容忍的,但是在工業領域要求是不一樣的,這就帶來了技術方面的要求,包括晶片的算力、可靠性,以及軟體相應的功能、可靠性都提出了更高要求。”
圖:英特爾中國區物聯網事業部技術長兼首席工程師張宇博士
現在,5G很熱,而且與4G相比,5G網路具有高頻寬和低時延的優勢,另外,5G能夠做通訊的通道隔離,使得不同應用之間有很好的隔離度。但如果把5G用到工業物聯網,其能力還是不夠的,因為5G在網上承載了TCPIP協議,它的服務質量不能完全保證,它是把一個包從A點放到B點的方式,在中間可能經過若干個節點的轉發,但是每一個節點轉發過程中都會帶來延時,這個延時怎麼控制是目前協議沒有完全解決的。
如果把5G技術用在工業領域,工業領域對於延時的要求那麼的苛刻,必須有新技術輔助,如TSN(時間敏感網路),它可以解決上述問題。英特爾看到了5G等其他通訊技術,包括工業Wi-Fi技術等。該公司深度參加了同國際標準組織的合作,來推動最新的通訊技術在工業領域的落地。
技術佈局
從技術角度來看,英特爾對物聯網有著全面佈局。據張宇博士介紹,除了互聯到智慧,從智慧到自主的趨勢以外,從近期來看,該公司把工作重點放在以下幾個方面:第一,視訊技術的全面支撐,在安防、工業的機器視覺領域,現在看到越來越多的零售終端帶有人工智慧的處理能力,包括教育領域有很多教室裡的電子白板,也通過一些視訊的分析去了解學生對老師教授內容的反饋;另外隨著晶片計算能力的不斷提升,使用者有越來越強的需求,怎麼樣能夠充分利用這樣的算力,把原來需要在幾臺機器上實現的工作整合在一臺機器上,從而降低整體擁有成本。
張宇表示:“基於這樣的趨勢,我們做了產品、解決方案、工具等開發規劃。比如在視訊處理方面,尤其是硬體,現在通用處理器裡,隨著整合效能越來越強大的顯示卡,利用這樣的硬體資源進行加速,加速對於人工智慧的處理。還專門做了有針對性的人工智慧加速器,這些加速器的設計也是不斷迭代和發展的。除了一些傳統的對於卷積的加速,我們也一直跟蹤最新的人工智慧前沿技術,比如現在業界比較熱的‘網路壓縮’技術,怎麼把現有的人工智慧演算法裡不需要的部分抽掉,從而提高整體的計算能力,整體系統效能。類似於這樣最前沿的技術點,我們一直在跟蹤,也會不斷地融入到我們的產品當中去。”
“另外,我們的軟體會配合我們的硬體,硬體的所有能力最終都是要通過軟體發揮出來。開發者除了需要能夠很好地呼叫硬體之外,還需要更好的案子,告訴我怎麼實現我需要使用的案例。我們的工具裡既包含對這些類似於驅動、開發介面,幫助開發者能夠更好地把這些開發的工作完成,我們也會給出一些參考,告訴他在不同的垂直領域使用場景裡怎麼快速構建應用。”
“我們也在推動虛擬化技術以及相應軟體工具的開發,幫助合作伙伴更快地構建基於負載整合的新解決方案。這兩個方面是我們現在工作的重點”,張宇博士說。
全棧解決方案
針對邊雲協同的產業趨勢,英特爾推出了適用於邊緣計算,涵蓋晶片、板卡以及軟體工具的人工智慧產品的全棧解決方案。可以應用在從智慧攝像機,智慧網路視訊儲存器到智慧視訊伺服器的各種裝置中。
2018年,該公司釋出了新一代視覺加速晶片Movidius Myriad X。這一面積僅有8.8x8mm,功耗僅為2W的晶片,能夠提供1T的計算能力,進而實現對卷積神經網路中卷積層,全連線層和啟用函式的加速。在實際應用中,Myriad X能夠很好的滿足功耗層面的要求,同時其算力也足以滿足處理一路高清視訊的需求。
相較於低功耗晶片,網路硬碟錄影機(NVR)和視訊伺服器對算力有著更高的要求,同時能夠接受的功耗也更高。針對這類需求,英特爾釋出了視覺加速器產品系列——Movidius Myriad X視覺技術處理器和高效能Arria 10 FPGA。以Movidius的方案為例,其能夠在一塊板卡上整合8~16顆Movidius Myriad X晶片,提供8~16T的算力,使用者可以根據各自邊緣裝置的效能指標,選取不同的配置。
為了幫助開發者進行機器視覺和深度學習應用的開發,英特爾還發布了OpenVINO工具包。OpenVINO工具包支援加速高效能計算機視覺應用和深度學習推理,幫助開發人員和資料科學家加速計算機視覺工作負載,並簡化深度學習部署,在各種英特爾平臺中輕鬆實現邊緣到雲的異構執行。
加強產學研合作
據悉,英特爾在工業物聯網領域在加強產學研合作,具體包括以下幾個方面:第一,在國內和大學有非常好的合作,去年該公司還舉辦了最近的一屆大學生電子設計競賽,圍繞著物聯網、人工智慧主題開展。去年,張宇博士作為評委參加了上海交大的活動,活動裡用到了很多技術,如人工智慧加速棒、計算棒等硬體,來幫助大學生更快地把好的方案落地,英特爾這方面也提供了一定的支援。
據張宇博士介紹,2018年,有一個大學生的案例令其印象深刻,他做了一個通過靜脈血管的檢測來做門鎖控制,以前門鎖控制通過虹膜或者指紋,但現在有越來越多的手段能夠破解,但如果利用人工智慧的方式,利用血管的造影做一些門鎖的開鎖操作,相對來說是新技術,這些技術在大學生當中已經有探索和嘗試,英特爾則通過硬體加速它的處理和操作。
英特爾和國外大學也有比較多的合作,例如和美國卡耐基梅隆大學有一個專門的聯合實驗室,主要針對視訊雲等最新的前沿技術。通過這樣的合作,一方面幫助在學術領域一些前沿的技術能夠更快推進,另一方面也把該公司在產業所看到的使用者需求帶到合作當中,指導他們的研究方向,把他們的研究成果通過英特爾的渠道更快落地。