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電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/李彎彎）隨著技術(shù)發(fā)展，AI應(yīng)用將會(huì)無處不在，AI芯片作為支撐算力的基石，具有至關(guān)重要的作用。然而在傳統(tǒng)的馮諾依曼架構(gòu)下，AI芯片功耗大，算力利用率低。為了解決這些問題，業(yè)界積極探索新的架構(gòu)形式。在這樣的背景下，九天睿芯獨(dú)創(chuàng)的模擬感知前處理+數(shù)模混合存內(nèi)計(jì)算的感存算一體架構(gòu)，可以在成本極低的情況下，將芯片的功耗降到uW級(jí)別。基于此全新的架構(gòu)，九天睿芯的研發(fā)團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了多款芯片，并且已經(jīng)實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)應(yīng)用。

功耗只有其他芯片產(chǎn)品的十分之一

九天睿芯片成立于2018年，專注神經(jīng)擬態(tài)感存算一體芯片研發(fā)。公司創(chuàng)始人劉洪杰博士從事神經(jīng)仿生工程領(lǐng)域的科研研發(fā)工作多年，圍繞類腦芯片和視覺處理芯片，已發(fā)表數(shù)篇國(guó)際一流會(huì)議/期刊論文，是事件及幀融合處理芯片發(fā)明人以及6T SRAM存內(nèi)計(jì)算發(fā)明人。團(tuán)隊(duì)核心成員畢業(yè)于瑞士聯(lián)邦理工、新加坡南洋理工大學(xué)、清華大學(xué)、北京大學(xué)、電子科技大學(xué)等，并曾就職于華為、IMEC、高通、騰訊等名企/單位，在芯片設(shè)計(jì)開發(fā)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及計(jì)算架構(gòu)領(lǐng)域研發(fā)經(jīng)驗(yàn)超過十年，在頂級(jí)會(huì)議和期刊上發(fā)表文章。該公司推出的第一代芯片ADA100，可應(yīng)用于語音命令詞識(shí)別、人聲監(jiān)測(cè)、噪聲環(huán)境識(shí)別，以及角速度傳感器的識(shí)別和處理等。該芯片已經(jīng)于今年5月量產(chǎn)，現(xiàn)在已經(jīng)應(yīng)用于TWS耳機(jī)、手表、助聽器等可穿戴產(chǎn)品中，以及照明、開關(guān)、遙控器等IoT領(lǐng)域。九天睿芯感存算一體芯片有一個(gè)很大的特點(diǎn)，就是具有超低的功耗。該公司銷售總監(jiān)袁野在接受電子發(fā)燒友采訪的時(shí)候表示：“ADA100在KWS語音識(shí)別等應(yīng)用上，功耗都可以保持在微安級(jí)別（70-150微安）。公司的芯片功耗，與同行產(chǎn)品相比只有其十分之一。同時(shí)在成本方面，同樣芯片的算力，也只有數(shù)字芯片的三分之一。”為什么功耗可以做到如此低？據(jù)袁野介紹，可以分為兩部分來看：第一，九天睿芯的芯片采用的是感存算一體架構(gòu)。在前端就有一個(gè)模擬的處理單元，可以對(duì)感知信號(hào)進(jìn)行特征提取，再傳輸給ADC進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。也就是說，轉(zhuǎn)換的不是所有感知到的信號(hào)，而只是特征信號(hào)，這樣轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)量，就只有原始數(shù)據(jù)的十分之一，甚至是二十分之一。而本身ADC進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，在整個(gè)芯片里面的功耗占比就很高，當(dāng)它的功耗大幅降低的話，整個(gè)芯片的功耗也就會(huì)有很大幅度地下降。第二，九天睿芯的芯片，在后端計(jì)算部分采用的是基于SRAM的存內(nèi)計(jì)算。存內(nèi)計(jì)算，也就是在存儲(chǔ)內(nèi)直接做計(jì)算，減少了數(shù)據(jù)搬運(yùn)，功耗會(huì)比傳統(tǒng)的馮諾依曼架構(gòu)降低很多。九天睿芯基于SRAM的存內(nèi)計(jì)算的芯片，與傳統(tǒng)的數(shù)字NPU相比，功耗只有其五分之一。這樣，從前端的數(shù)模轉(zhuǎn)換到后端的計(jì)算，功耗都很低，整個(gè)芯片的功耗也就非常低了。在商用進(jìn)程方面，目前九天睿芯已經(jīng)與歌爾等六家企業(yè)合作，合封智能麥克風(fēng)，即基于九天睿芯第一代芯片ADA100的裸Die，與上述幾家公司的MEMS，合封在一個(gè)基板上，做成智能麥克風(fēng)，讓其可以實(shí)現(xiàn)語音識(shí)別功能。現(xiàn)在與這幾家合作的智能麥克風(fēng)都已經(jīng)合封完成，測(cè)試也已經(jīng)通過，將會(huì)在今年11月份左右進(jìn)行大批量生產(chǎn)。另外ADA100單獨(dú)芯片的應(yīng)用，也已經(jīng)在華為、小米、OPPO等廠商推廣，目前都處于DEMO測(cè)試階段。在其他客戶的合作方面，ADA100已經(jīng)接到100多萬pieces的訂單，預(yù)計(jì)將在今年11月份左右完成初期交付。公司計(jì)劃明年能達(dá)到千萬級(jí)出貨，在更多產(chǎn)品中實(shí)現(xiàn)應(yīng)用。九天睿芯感存算一體，超低功耗、低成本的特性，切實(shí)地在幫助客戶解決面臨的痛點(diǎn)問題。比如，在助聽器上的應(yīng)用。現(xiàn)在的助聽器，主要有兩個(gè)模式：一個(gè)是需要去醫(yī)院適配，調(diào)好增益幅度，給老人帶上。但是大部分老人，當(dāng)時(shí)的感受跟平時(shí)的感受可能不一樣，佩戴的時(shí)候其實(shí)并不舒服，可能增益開太大了，但是他又沒有辦法做調(diào)整。另一個(gè)是比較新的一種助聽器，用的是藍(lán)牙主控跟手機(jī)連接，通過APP調(diào)節(jié)它的增益狀態(tài)，如果覺得聲音大，就調(diào)小一點(diǎn)。不過它也有一個(gè)痛點(diǎn)，就是很多老年人，操作智能手機(jī)并不熟練，需要年輕人幫他先調(diào)好。同樣的問題是，在調(diào)的時(shí)候用的舒服，并不代表他一直用著舒服，比如他現(xiàn)在在外面，環(huán)境吵，而它的增益還是開很大，就會(huì)對(duì)耳朵有損傷。所以，現(xiàn)在所有新興的助聽器客戶都會(huì)提出，在內(nèi)部增加一顆環(huán)境噪聲識(shí)別感知的芯片，幫助助聽器自適應(yīng)的調(diào)節(jié)增益幅度。比如說，外面比較安靜的時(shí)候，增益就可以開大一點(diǎn)，讓用戶可以聽得更清楚。外面聲音很吵的話，就可以把降噪開大一些，屏蔽噪聲，把人聲放大。袁野向電子發(fā)燒友介紹：“我們的芯片可以感知到外部環(huán)境的變化，之后推送一個(gè)指令給主控，主控再自適應(yīng)地調(diào)節(jié)它的降噪和增益幅度，這樣就可以實(shí)現(xiàn)，老年人佩戴的智能化，體驗(yàn)會(huì)更好。這算是助聽器真正意義上的智能化升級(jí)。”九天睿芯在與客戶交流的時(shí)候發(fā)現(xiàn)，這些助聽器的廠商普遍認(rèn)為，他們的助聽器產(chǎn)品迫切需要這個(gè)功能。而且更重要的是，對(duì)于助聽器產(chǎn)品來說，超低功耗是剛需，不然的話，電量堅(jiān)持不了24小時(shí)也很麻煩。九天睿芯芯片超低功耗特性的作用在這里就很好的體現(xiàn)出來了。

唯一可直接連接事件相機(jī)單獨(dú)存在的SoC

除了第一代ADA100，九天睿已經(jīng)規(guī)劃設(shè)計(jì)了多款產(chǎn)品，包括第二代芯片ADA200，第三代芯片ADA300，以及一顆高性能ADC產(chǎn)品。其中ADA200已經(jīng)流片成功，ADA300在規(guī)劃中。ADA200同樣是采用數(shù)模混合+存內(nèi)計(jì)算的架構(gòu)模式，不過與ADA100不同的是，ADA200算力更大，可以達(dá)到4-10TOPS。九天睿芯市場(chǎng)總監(jiān)Johney Lu向電子發(fā)燒友介紹：“到了這么高算力后，ADA200就可以接大量的視覺及其他傳感器，比如傳統(tǒng)的CIS、雷達(dá)，以及事件相機(jī)（DVS）。同時(shí)可以接多路（4路或者8路）的視覺信號(hào)。”這顆芯片可以有好幾種用法：一是作為單獨(dú)的邊緣計(jì)算SoC，成為一個(gè)相機(jī)模組，或者一個(gè)單獨(dú)運(yùn)作的產(chǎn)品；二是在AR/VR上做協(xié)處理器，完成一些功能，比如做slam，ISP的圖像增色、渲染；三是做不同傳感器接入時(shí)的處理和預(yù)處理，還可以接事件相機(jī)，目前在市面上，九天睿芯是唯一可以直接接事件相機(jī)的單獨(dú)存在的SoC。基于此，也就可以面向三個(gè)市場(chǎng)：一是在汽車上，做碰撞預(yù)警，或鬼探頭等視覺的邊緣計(jì)算；二是在AR/VR上做協(xié)處理器；三是在IoT產(chǎn)品上作為獨(dú)立存在的SoC。上面提到的事件相機(jī)（Event Camera），也稱神經(jīng)形態(tài)像機(jī)，或動(dòng)態(tài)視覺傳感器（DVS，Dynamic Vision Sensor)，是一種能夠響應(yīng)局部亮度變化的成像傳感器。事件相機(jī)不像常規(guī)相機(jī)那樣使用快門捕獲圖像。相反，事件相機(jī)中的每個(gè)像素都獨(dú)立且異步地運(yùn)行，并在發(fā)生亮度變化時(shí)輸出這些變化，否則保持沉默。據(jù)Johney Lu介紹，事件相機(jī)有幾個(gè)很典型的特點(diǎn)：一是它的動(dòng)態(tài)范圍非常高，可以達(dá)到140dB；二是因?yàn)樗惠敵鲇行?a target="_blank">信息，不輸出無效信息，它的數(shù)據(jù)量非常小；三是它的速度非常快，可以達(dá)到1/10000s，甚至更高。因?yàn)檫@三個(gè)特點(diǎn)，行業(yè)普遍認(rèn)為，事件相機(jī)可以應(yīng)用于在汽車上做鬼探頭或者碰撞預(yù)警。自動(dòng)駕駛是未來的必然趨勢(shì)，如今乘用車基本還處在L2自動(dòng)駕駛階段，現(xiàn)在已經(jīng)有很多廠商在做碰撞預(yù)警，不過相對(duì)來說，它還不是必須的功能。然而到L3/L4之后，基本就不需要駕駛員參與了，汽車需要自己去駕駛，這時(shí)候汽車都需要具備碰撞預(yù)警功能。在低光照、或者突發(fā)狀況下，汽車需要依靠各種傳感器、計(jì)算芯片，以及各種算法，自己進(jìn)行處理。然而問題是，對(duì)于L3/L4自動(dòng)駕駛來說，還是有5%-15%的corner case，傳統(tǒng)視覺非常難以處理，事件相機(jī)卻沒有問題。相對(duì)來說，在低光照下，高動(dòng)態(tài)范圍，或者突發(fā)事件的情況下，事件相機(jī)的效果會(huì)比傳統(tǒng)視覺好很多。目前市面上已經(jīng)有事件相機(jī)產(chǎn)品量產(chǎn)，比如索尼。而九天睿芯的ADA200是一款可以直接事件相機(jī)的單獨(dú)存在的SoC。Johney Lu表示：“我們的SoC可以和傳感器廠商的事件相機(jī)一起，幫助汽車在L3之后的自動(dòng)駕駛階段，實(shí)現(xiàn)對(duì)這5%-15%的corner case的處理。”這是在汽車上面的應(yīng)用，目前九天睿芯已經(jīng)與國(guó)內(nèi)外幾家主流車企達(dá)成合作。另外在AR/VR上面的應(yīng)用，ADA200可用來做視覺上的slam，接RGB或DVS做眼球追蹤。完成定位、手勢(shì)識(shí)別，還有多重不同傳感器的融合等功能。現(xiàn)在一些主流的AR/VR公司對(duì)這方面都非常感興趣，包括Meta。現(xiàn)在的趨勢(shì)是，用主芯片加一顆協(xié)處理器，來解決AR/VR上所有傳感器的融合。很多時(shí)候，主芯片的迭代速度比較慢，沒有辦法引入最新的技術(shù)，而協(xié)處理器迭代比較快，正好可以解決這個(gè)問題。另外協(xié)處理器也分擔(dān)主芯片的功能，降低它的功耗和成本。九天睿芯規(guī)劃中的ADA300，算力將會(huì)更大，可以達(dá)到24TOPS以上，可以作為一顆主芯片SoC，應(yīng)用在非常多的場(chǎng)景中。并且ADA300可以和很多大廠合作，做成超大算力的產(chǎn)品，達(dá)到800TOPS，甚至是1000TOPS。Johney Lu表示，很多大廠非常認(rèn)可，存內(nèi)計(jì)算+數(shù)模混合這樣的架構(gòu)，面效比、能效比都比較有優(yōu)勢(shì)，因此九天睿芯會(huì)以存內(nèi)計(jì)算的IP、以及design一部分的方式跟大廠合作。除了ADA100、ADA200、ADA300三款產(chǎn)品，九天睿芯還有一顆激光雷達(dá)ADC，已經(jīng)流片成功，會(huì)在明年實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。

小結(jié)

整體來看，九天睿芯創(chuàng)新架構(gòu)的特性非常明顯，芯片產(chǎn)品功耗低、面積小、成本低，在可穿戴、AR/VR、自動(dòng)駕駛上都有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，因此獲得了不同領(lǐng)域客戶的認(rèn)可。ADA100今年會(huì)逐漸在更多產(chǎn)品中應(yīng)用，隨著明年ADA200、ADC的量產(chǎn)，基于九天睿芯創(chuàng)新架構(gòu)的芯片產(chǎn)品，將會(huì)更多更好地服務(wù)于各個(gè)行業(yè)和客戶。

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原文標(biāo)題：感存算一體創(chuàng)新架構(gòu)，超低功耗！解決可穿戴、VR/AR、自動(dòng)駕駛行業(yè)難題！

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