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2018年11月13日 | Arm中国自主研发“周易”平台,让AI无处不在

2018-11-13

随着新技术的成熟,新型的先进应用将来自5G、人工智能(AI)和物联网(IoT)的融合,这种融合将创造出一个智能互联的全新未来,对所有个人、行业、社会和经济产生积极影响。Arm预计到2035年将有1万亿的物联网设备,在这些设备上实现本地人工智能,是人工智能应用的必然趋势。而要做到这一点,必须进一步降低人工智能的算力成本。

 

为此,Arm中国自主研发了“周易”平台这样一个适配性强、开放通用的人工智能平台,其主要包括软件框架Tengine和全新的硬件处理器——人工智能处理单元(AIPU),其中Tengine软件框架针对边缘设备的推理做了深度优化和实现。周易平台也支持Arm CPU、Mali GPU以及第三方硬件,专注于边缘推理,能够提高人工智能应用开发的生产效率。

 

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图1 :人工智能平台“周易”概述

 

全新处理器单元(AIPU)提供硬件核“芯”

人工智能通常用于不同的场景,而深度学习模型会使用到各种类型的操作(layer)。目前常见的加速器解决方案具有较高性能,但仅支持有限的操作,这使得只能运行有限的人工智能应用,限制了边缘和AIoT产品的多样性,AIPU凭借良好的可编程性可以支持现在的全部深度学习操作。

 

周易人工智能处理单元(AIPU)是一个专门用于深度学习处理的全新硬件IP。这种新的架构设计了人工智能特定域张量指令集(Tensor Instructions)、针对AI特定操作的指令集扩展以及定制的硬件加速单元、以及用于NN计算所必需的通用标量指令集。凭借最先进的设计,AIPU可以实现人工智能应用的完全可编程性和很好的能效。除了AIPU,还有完整的AI软件开发工具包,支持AI算法可以在AIPU上轻松部署。

 

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图2 :周易AIPU框图

 

AIPU采用了可配置的设计,张量执行单元(TEC)的数量和AI硬件加速单元能都是灵活可配置的,这使得周易平台能够涵盖从微控制器(几十GOPS)到高端边缘计算(几个TOPS)的不同算力需求。

 

对于新开发的芯片,周易平台可以让芯片合作伙伴使用周易AIPU IP设计新的SoC,并提供了验证测试向量、参考用例和后端实现参考流程等全面支持,以加速新的SoC设计;同时,周易AIPU 仿真软件用于软件应用程序前期开发。这将大大加快新人工智能产品的上市时间。

 

开放式人工智能软件框架——Tengine

周易平台采用Tengine作为开放式人工智能软件框架,它的目标是建立一个统一的推理框架,通过定义标准的Tengine API,人工智能应用程序可以使用标准API在不同的硬件上部署,大大节省了移植或者在特定的硬件上进行优化的工作量。Tengine支持主流的人工智能框架,如TensorFlow / Caffe / ONNX / MXNet等模型。

 

Tengine定义了标准硬件抽象级别(HAL),以支持物联网设备中可能存在的不同类型的计算模块。它已经支持像Cortex-A7 / A17 / A53 / A55 / A72 / A76这些的流行Arm CPU,也支持像Mali-T860、G51和G72这些广受欢迎的Arm Mali GPU。由于周易平台是一个开放平台,它也可以支持第三方CPU、DSP或加速器,通过选用设备驱动程序来支持这些设备。在库方面,可以选用Arm计算库(Arm Compute Library,ACL)、异构计算库(HCL)、开放源代码库(例如OpenBLAS)或是用户自己实现的库来驱动。

 

三大创新特性,强势赋能AIoT市场

实际上,周易平台作为人工智能应用的整体解决方案,十分简单易用,并且实现了三大创新。兼容性上,它不仅提供了一个完整的易于使用的工具链,支持从深度学习模型到周易可执行文件的一键构建,还支持常见的人工智能框架,如Google TensorFlow和其他框架。同时,周易平台支持Linux和Android操作系统,甚至裸机软件(bare-metal software),从非常小的嵌入式微控制器到高端边缘网关的各种设备都能适用。

 

周易平台还将更强的安全性引入市场,安全扩展硬件和相关的信任软件可以保护人工智能资产,例如算法、代码和数据,帮助合作伙伴保护运行在已部署产品上的资产,并保护人工智能算法安全的在线更新。周易平台的安全扩展为人工智能应用中需要保护的资产建立了一个可信执行环境(TEE),通过静态加密存储、运行时 TrustZone技术保护,以及SoC中用于安全隔离一系列小的硬件组件, 为人工智能芯片提供360度的安全保护。

 

适用性上,周易平台也支持在现存设备的上进行部署。通过统一的软件界面,许多人工智能应用可以直接部署在SoC上,合作伙伴只需重新编译基于目标设备CPU的周易软件,生成可在现有SoC架构上运行的目标代码,然后链接CPU库和GPU库。通过部署周易平台,人工智能性能可以提高2.5 - 5倍。

 

综上所述,Arm中国人工智能平台周易可以帮助产业合作伙伴大幅降低人工智能算力、芯片和应用的成本、让其设计和制造具有强大人工智能能力的芯片,并让人工智能应用程序开发人员大大提高工作效率,在更多的物联网设备上实现人工智能,极大地赋能整个AIoT市场。


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对于数-模转换(D/A转换)用高稳定度稳压电源电路,网友可能提出多个方面的问题。以下是一些可能的问题及其详细回答:

问题一:为什么数-模转换需要高稳定度的稳压电源?

回答
数-模转换器(D/A转换器)将数字信号转换为模拟信号,其输出精度和稳定性直接受到供电电源的影响。高稳定度的稳压电源能够确保D/A转换器在转换过程中电压波动小,从而减小转换误差,提高转换精度。此外,稳定的电源还能保护D/A转换器免受电压波动可能引起的损坏,延长其使用寿命。

问题二:如何设计高稳定度的稳压电源电路?

回答
设计高稳定度的稳压电源电路通常需要考虑以下几个方面:

  1. 选择合适的稳压元件
    • 稳压二极管(齐纳二极管):具有稳定的反向击穿电压,可作为简单的稳压元件。
    • 线性稳压器(LDO):提供低噪声、高精度的输出电压,适用于对电源噪声敏感的场合。
    • 开关稳压器:效率高,但可能引入一定的纹波噪声,需要适当的滤波电路设计。
  2. 优化电源滤波
    • 在稳压电源的输出端加入滤波电容,以减小输出电压的纹波和噪声。
    • 对于开关稳压器,可能需要额外的LC滤波电路来进一步降低纹波。
  3. 考虑温度稳定性
    • 温度变化会影响元件的性能,因此在设计时应考虑元件的温度系数,并采取适当的温度补偿措施。
  4. 采用反馈控制
    • 通过引入电压反馈控制环路,可以实时监测输出电压并调整稳压元件的工作状态,以保持输出电压的稳定。
  5. 选用高质量的元件
    • 使用低漂移、高精度的电阻、电容等元件,以提高电源电路的整体稳定性。

问题三:如何评估稳压电源的稳定度?

回答
评估稳压电源的稳定度通常需要考虑以下几个方面:

  1. 输出电压的纹波和噪声
    • 使用示波器测量输出电压的纹波和噪声水平,确保其在可接受的范围内。
  2. 负载调整率
    • 在不同负载条件下测量输出电压的变化量,评估电源对负载变化的响应能力。
  3. 线性调整率
    • 在输入电压变化时测量输出电压的变化量,评估电源对输入电压变化的抵抗能力。
  4. 温度稳定性
    • 在不同温度条件下测量输出电压的变化量,评估电源的温度稳定性。
  5. 长期稳定性
    • 在长时间运行后测量输出电压的变化量,评估电源的长期使用稳定性。

问题四:有哪些常见的稳压电源故障及其解决方案?

回答
常见的稳压电源故障及其解决方案包括:

  1. 输出电压不稳定
    • 检查稳压元件是否损坏或老化。
    • 检查滤波电容是否失效或容量不足。
    • 检查反馈控制环路是否正常工作。
  2. 无输出电压
    • 检查输入电源是否正常。
    • 检查保险丝是否熔断。
    • 检查稳压元件是否短路或开路。
  3. 输出电压过高或过低
    • 调整稳压元件的工作参数。
    • 检查负载是否过大或过小。
    • 检查输入电压是否在正常范围内。
  4. 温度过高
    • 检查散热系统是否正常工作。
    • 考虑增加散热装置或降低负载。

通过以上问题和答案的梳理,可以帮助网友更全面地了解数-模转换用高稳定度稳压电源电路的设计、评估和维护等方面的知识。

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