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家居智能化,推動(dòng)AI加速器的發(fā)展

Simon觀察 ? 來源:電子發(fā)燒友 ? 作者:黃山明 ? 2024-02-23 00:18 ? 次閱讀

電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道(文/黃山明)AI加速芯片,也稱為人工智能加速器(AI Accelerator),是一種專為執(zhí)行機(jī)器學(xué)習(xí)深度學(xué)習(xí)任務(wù)而設(shè)計(jì)的ASIC或定制化處理器。在智能家居中,AI加速芯片不僅提高了系統(tǒng)的運(yùn)算能力和數(shù)據(jù)處理能力,還為用戶帶來了更加智能化、個(gè)性化的生活體驗(yàn)。

AI加速器的發(fā)展

在人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)任務(wù)變得日益復(fù)雜和密集之前,傳統(tǒng)的CPUGPU已經(jīng)足以處理這些任務(wù)。然而,隨著深度學(xué)習(xí)模型的出現(xiàn),對計(jì)算能力的需求急劇增加,這促使了AI加速器的發(fā)展。

比如NVIDIA在2006年推出了CUDA編程平臺(tái),使得GPU能夠并行處理大量浮點(diǎn)運(yùn)算,從而顯著加速了訓(xùn)練和推理過程,被廣泛應(yīng)用于深度學(xué)習(xí)初期。

隨著時(shí)間推移,專門針對AI工作負(fù)載設(shè)計(jì)的ASIC開始出現(xiàn)。例如,Google在2016年推出了第一代張量處理單元(TPU),專為機(jī)器學(xué)習(xí)模型的矩陣乘法等操作進(jìn)行了優(yōu)化。

除了TPU,市場上還出現(xiàn)了許多其他類型的AI加速器,如Intel的Nervana Neural Network Processor (NNP)、Habana Labs的Gaudi和Goya AI處理器、以及Graphcore的IPU(智能處理單元)等,這些都旨在提供高效能低功耗的AI計(jì)算解決方案。

FPGA作為一種可重構(gòu)硬件,在AI領(lǐng)域也找到了用武之地。因其可編程性和并行計(jì)算優(yōu)勢,F(xiàn)PGA常被用于定制化場景下的AI加速,尤其在產(chǎn)品開發(fā)迭代速度快或者需要靈活適應(yīng)不同算法需求的情況下。

AI加速器的工作原理主要是通過增加計(jì)算單元和優(yōu)化算法來提高計(jì)算速度,從而滿足人工智能應(yīng)用對高速、高效計(jì)算的需求。因此AI加速器通常會(huì)采用一些關(guān)鍵技術(shù)來提升效率,比如AI加速器可能采用定制的指令集架構(gòu)(ISA),這是為了優(yōu)化特定的AI和ML算法。這種架構(gòu)可以更有效地執(zhí)行AI任務(wù)所需的計(jì)算。

或者一些AI加速器使用可重構(gòu)處理器,這意味著它們的硬件結(jié)構(gòu)可以根據(jù)需要重新配置,以適應(yīng)不同類型的計(jì)算任務(wù)。還可以設(shè)計(jì)大規(guī)模并行計(jì)算核心,比如TPU中使用了數(shù)百上千個(gè)內(nèi)核同時(shí)執(zhí)行計(jì)算,大大提升了吞吐量。

集成高帶寬內(nèi)存如HBM(High Bandwidth Memory)或直接在芯片封裝中集成eDRAM以減小數(shù)據(jù)訪問延遲,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速移動(dòng)和處理。或設(shè)計(jì)針對卷積、矩陣乘加等常見深度學(xué)習(xí)操作的特定指令集,加快執(zhí)行速度。

通過以上技術(shù)和架構(gòu)的整合,AI加速器極大地提高了處理人工智能任務(wù)的效率,降低了數(shù)據(jù)中心和邊緣設(shè)備運(yùn)行AI應(yīng)用程序的成本,并促進(jìn)了AI技術(shù)在智能家居中的廣泛應(yīng)用。

AI加速器在智能家居中的應(yīng)用

AI加速器在智能家居中的應(yīng)用日益廣泛,極大地提升了家庭智能化設(shè)備的性能、響應(yīng)速度和智能程度。隨著智能家居設(shè)備數(shù)量的增加,需要處理的數(shù)據(jù)量也隨之增長。AI加速器可以快速處理這些數(shù)據(jù),使得系統(tǒng)能夠迅速響應(yīng)環(huán)境變化或用戶指令。

比如集成了AI加速器的智能音箱能更快地處理用戶的語音指令,提升自然語言理解(NLU)和對話管理的能力,從而提供更流暢、準(zhǔn)確的交互體驗(yàn)。對于復(fù)雜的語義理解和上下文推理任務(wù),AI加速器有助于縮短響應(yīng)時(shí)間,讓語音助手能夠更加智能地執(zhí)行各種操作,如播放音樂、控制家電、查詢信息等。

其次,AI加速器增強(qiáng)了智能家居系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析能力。通過AI加速器的強(qiáng)大計(jì)算能力,智能家居系統(tǒng)可以更好地分析用戶行為模式,從而提供更加個(gè)性化的服務(wù)。

在家庭安防設(shè)備利用AI加速器處理傳感器數(shù)據(jù),實(shí)時(shí)判斷家中是否有異常情況發(fā)生,例如煙霧、火災(zāi)、水浸等危險(xiǎn)狀況,并及時(shí)發(fā)出警報(bào)。高級的家庭安全系統(tǒng)還能結(jié)合AI技術(shù),學(xué)習(xí)住戶的生活習(xí)慣,降低誤報(bào)率,并針對不同情況進(jìn)行定制化的防護(hù)策略。

智能冰箱、洗衣機(jī)等家用電器搭載AI加速器后,可以分析用戶的使用習(xí)慣,優(yōu)化設(shè)備工作模式,并根據(jù)食材新鮮度智能推薦食譜。智能空調(diào)、溫控系統(tǒng)運(yùn)用AI算法預(yù)測用戶需求,自動(dòng)調(diào)整溫度和濕度,同時(shí)考慮能耗效率,提高居住舒適度等。

同時(shí),AI加速器促進(jìn)了智能家居設(shè)備之間的互聯(lián)互通。AI加速器有助于實(shí)現(xiàn)智能家居設(shè)備之間的高效通信,確保不同設(shè)備能夠無縫協(xié)作,形成一個(gè)統(tǒng)一的智能生態(tài)系統(tǒng)。

比如AI加速器可以幫助智能家居能源管理系統(tǒng)基于歷史數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析預(yù)測能源消耗趨勢,動(dòng)態(tài)調(diào)整家電的工作狀態(tài),以達(dá)到節(jié)能減排的目的。

顯然,AI加速器作為硬件支持,極大地推動(dòng)了智能家居產(chǎn)品的智能化水平,使其能夠更好地適應(yīng)用戶需求,提高生活品質(zhì),并實(shí)現(xiàn)真正的自主決策和個(gè)性化服務(wù)。

小結(jié)

AI加速器在智能家居中應(yīng)用具有重要意義,它可以提高計(jì)算能力、提升智能化水平、促進(jìn)互聯(lián)互通、增強(qiáng)安全性和降低能耗和成本,從而推動(dòng)智能家居技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展。并且隨著生成式AI在智能家居中的運(yùn)用的增加,AI加速器也將在智能家居中快速發(fā)展。

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