安防创新百人会丨深耕高性能计算，比特大陆如何制定ASIC芯片终极方案

当前，安防市场的热度有增无减，随着人、车、物识别水平的不断提高，安防市场场景落地的广度、深度以及精确度越发成熟和完善。而AI芯片作为安防产业链的上游端，相较于中游的产品生产商和软硬件提供商，智能化的更迭速度更快应用性更强，除了传统安防类公司，也引起越来越多的新兴科技公司进行逐鹿。

北京比特大陆科技有限公司，是一家高性能计算芯片公司，专注于研发高性能、低功耗的ASIC芯片，目前主要应用于区块链与人工智能两个领域。 当英特尔致力于CPU的研究、英伟达开发GPU时，比特大陆与谷歌公司一脉相承，深耕到TPU。然而本质上看，不同于谷歌“训练+推理”的应用模式，比特大陆是基于硬件产品来研发销售服务器，从而打造AI芯片系统化，且侧重在云上的推理。下面我们将细致解析何为ASIC芯片，以及该芯片的应用意义有哪些？

软件定义芯片，聚焦视频图像结构化

AI芯片的制作流程，是从原理设计开始，然后经过物理设计、台积电厂商完成工艺设计、制成小的芯片后，再由封装厂封装，经由测试筛选出优质芯片，最后进行出产。出产之后，比特大陆会做一套小的核心系统，系统外围会有内存、电源等模块，还有一些其他小型器件，诸如时钟发生器等器件。核心系统组成之后再增加一些控制单元，就组建成一款服务器。

2017年11月，比特大陆推出了其第一代AI芯片——BM1680，并基于这款芯片打造出了深度学习加速卡板卡SC1/SC1+、智能视频分析服务器SS1。 BM1680，作为比特大陆的第一款张量加速计算专用芯片，采用改进型脉动阵列技术，适用于CNN/RNN/DNN的训练和推理。BM1680芯片能够提供2TFlops单精度加速计算能力，芯片由64 NPU构成，特殊设计的NPU调度引擎可以提供强大的数据吞吐能力，并将数据输入到神经元核心，性价比高。

而在今年3月，比特大陆推出了其第二代AI芯片——BM1682，该芯片是以应用场景为驱动，用软件来定义芯片系统，致力于云上的推理计算，从而落地安防产业。 比特大陆的产品战略总监汤炜伟告诉亿欧，在定义第二代AI芯片的过程中，我们发现，对于安防AI芯片，AI是其中重要的一部分，但不是全部。即不止于深度学习加速，而是对视频AI全流程优化软件定义芯片，进而实现完整的视频图像结构化。

汤炜伟提到，比特大陆之所以要做云上的推理计算，主要有以下原因：

芯片对视频或图像的处理，会经过25-30帧的解码、视频图像的抽帧、然后是四维变换、视频结构处理。汤炜伟告诉亿欧，比如视频中出现非正面或模糊的人脸图像，就需要对图像做大小变换，调整成正面角度，最后再送至NPU，即神经网络处理单元。需要做图像目标检测、目标跟踪、以及特征提取。人脸特征提取之后，是向量组，利用该类向量可以去做比对、或者做分类，人脸识别往往是在做比对过程。

这种比对就是拿人脸向量与比对向量做余弦变换，计算两个向量在空间的距离，距离越小，相似度越大。所以便有了相似度95%、99%的说法，即根据空间距离、位置去测算得出的结果。虽然相似度并不是标准化的定义，但是相似度的对比基本就是数据从采集到预处理、处理、后处理的一系列的过程。

专注推理计算，ASIC专用芯片可达低暗硅高利用

不同于英特尔和谷歌定位于通用的AI生态，AI芯片大范围应用于医疗影像、安防、互联网、教育等方面。汤炜伟告诉亿欧，比特大陆专注于推理，在推理中加入视频解码，落地安防。此外，巨头公司的决策周期较长，可能会达1-2年的时间，巨头公司做一件事情，形似大象跳舞。他们需要倾注许多力量，瞄准一个非常通用且拥有足够容量的市场，以便能将投入的成本收回来。

汤炜伟形象的比喻道：“我们聚焦在具体应用场景，就像一米宽，一公里深的市场，而他们做的是一公里宽，一米深的市场。”

推理市场背后用户群体可承载的庞大容量和巨大的发展前景。本质上，训练是为了训练一些算法，训练的算法只会由算法工程师和科学家去使用。目前属于研发阶段，而适用人群大概为几十万人，但是推理业务及相关行业业务会与个人业务紧密联系，将来每个人的手机和随处安装的摄像头，这类电子设备所蕴含的推理与个人息息相关，所以推理市场的应用前景是巨大的。汤炜伟提到，在市场容量和市场发展上，推理市场会是一个十倍、百倍的训练市场，对于芯片来说，有量才能活下去。

在推理市场上，IC专用芯片才是一种终极方案。因为这类芯片可针对特定场景（安防、互联网）进行应用，专一性强效率更高。 早期的推理市场，一些芯片的BAT厂商会有部分AI需求，但是他们是利用CPU做推理，当芯片在做AI推理和AI训练时，它只用了其中的一小部分，而其他99.9%是“暗硅”，基本都处于闲置。因为CPU是通用处理器，它在做一件事情时，利用率较低。

而现在有些公司是用GPU做推理，因为GPU相对于CPU在性能功耗方面有十倍的提升，但这并不是一种最优方案。因为GPU要兼顾图像、图形等一些科学计算，对深度学习的订制和加强，没有ASIC优越，因此，ASIC专用芯片“暗硅”比例一定是最低，而利用率会是最高。

安防市场日新月异，视频云服务是大势所趋

安防市场经历了模拟到数字、再到高清、AI这几个阶段阶段，AI带给了安防市场巨大的翻新变化与价值提升。基于数字和视频的丰富累积，人肉搜索现象一去不复返，智能化搜索和自动化特征提取已成必然。而提取出的基础结构化数据可以被计算机理解，从而生成完整智能化的信息链。通过数据的碰撞、分析，巧用大数据从而把其中隐藏的信息和观点寻找到，能够更准确更快速地解决问题。

汤炜伟举例轨迹、同行分析，提到在视频里发现某人连续一百天和某人同行，且发生异常行为，可分析他们是否是同伙？在某个视角里，有两个人在定期碰面，他们是不是在做交易？在某个晚上，有一些人连续去了20个KTV，他们是不是在贩毒？这种大数据碰撞出来的分析，所带来的一些应用价值不仅能够解决海量警力带来的问题，还能提高解决问题的效率。

对于当前安防市场的发展趋势，汤炜伟提到现在存在一个很有意思的现象。集成商和运营商的角色在相互交织，海康、大华正在往集成领域迈进，这样得到的结果，就是在未来也许只有集成商排行前30左右的数量留下。而这些集成商可能会向运营商去变化，从硬件市场向软件市场过渡，通过了解用户需求，以服务的方式去解决用户的问题。

而现在诸如电信、中国联通、广电等运营商正在往集成商的角色发展，这种趋势越发明显。而运营商比集成商拥有更大的优势是天然的运维数据中心，在集成领域里能够放入数据中心的部分，运营商会更倾向于放入数据中心。这样的发展结果，就是会与华为、阿里的目标方向一拍即合，大家同时瞄准安防视频云，而这种云可以以服务的方式提供给公安、交通等部门，在未来，对于图像视频的存储、分析、比对这类公司可以完成一条龙服务。

现在大部分的公安客户是在探索算法的先进性、并体验创新性的研究成果，在此基础上想要步入规模化部署的阶段。然而落地规模化部署，成本和功耗就是重中之重的问题，在目前GPU非常昂贵的情况下，更多的商家是在追寻和平衡，自研设备成本价值实现最大化的点。

比特大陆深耕硬件而非算法的落地模式，可无缝的将GPU上的软件语言和代码迁移到自研的AI芯片上。 自动化的编译，便是将高级语言编译成机器代码，从而自动化的在芯片上运行，这一过程中，比特大陆通过自己的工具，让不同的软件代码编译成不同的机器代码，此外，比特大陆的AI芯片所拥有的架构具有高性能、低成本、低功耗的产品优势，可做到视频图像硬解码、为视频AI优化、数据中心易部署、易扩展等特点。

随着安防产业的不断智能化，比特大陆认为，算法和应用会越来越普及，其所扮演的提供AI计算基础设施角色也会越来越重要。在未来2-3年，比特大陆会扎根于人工智能的具体应用领域深耕优化，致力于推出更为完善与先进的专用芯片，值得我们共同期待！

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