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基于神經(jīng)網(wǎng)絡處理器的視覺計算AI芯片項目可行性研究報告
思瀚產(chǎn)業(yè)研究院    2023-11-16

國家產(chǎn)業(yè)政策大力支持推動，為項目的實施提供了有利的政策環(huán)境。為把握人工智能發(fā)展的重大戰(zhàn)略機遇，構(gòu)筑我國人工智能發(fā)展的先發(fā)優(yōu)勢，加快建設創(chuàng)新型國家和世界科技強國，我國近年來推出了多個支持和鼓勵人工智能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的相關政策，推動人工智能技術應用發(fā)展。

2017 年 7 月，國務院發(fā)布《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，從國家層面制定未來十年人工智能的戰(zhàn)略部署。2017 年 12 月，工信部發(fā)布《促進新一代人工智能產(chǎn)業(yè)發(fā)展三年行動計劃（2018-2020 年）》，提出加快建設和不斷完善智能網(wǎng)聯(lián)汽車、智能語音、智能傳感器、機器人等人工智能相關領域的制造業(yè)創(chuàng)新中心，設立人工智能領域的重點實驗室。

2019 年 8 月，科技部發(fā)布《國家新一代人工智能創(chuàng)新發(fā)展試驗區(qū)建設工作指引》，提出有序開展國家新一代人工智能創(chuàng)新發(fā)展試驗區(qū)建設，推動新一代人工智能健康發(fā)展。在國家產(chǎn)業(yè)政策大力支持推動下，我國人工智能產(chǎn)業(yè)正迎來良好的發(fā)展契機。

本次項目的實施將提高公司人工智能算法、芯片技術水平，推動公司的產(chǎn)品服務體系升級迭代，面向數(shù)字城市和人居生活等業(yè)務場景建設提供核心系統(tǒng)產(chǎn)品和整體解決方案，屬于國家政策鼓勵支持的投資項目，從而為本次項目的實施提供有利的政策環(huán)境。

強大的技術研發(fā)能力，為項目的實施提供了堅實的技術支撐。公司自成立以來就專注視覺人工智能芯片、算法等領域的研發(fā)，積累了較強的技術實力和研發(fā)能力，立足于對下游應用場景的深刻理解，公司已發(fā)展成為業(yè)內(nèi)僅有的幾家同時集 AI 芯片、算法和解決方案研發(fā)和產(chǎn)品化能力于一體的技術領先型企業(yè)。

云天勵飛自成立起就深耕人工智能領域，搭建了人工智能算法平臺、人工智能芯片平臺，并具備了算法芯片化能力，面向下游場景提供“端云協(xié)同”的 AI 產(chǎn)品及解決方案。截至 2022 年 6 月 30 日，公司已取得 446項專利（含境外專利 17 項），其中發(fā)明專利 295 項、實用新型專利 22 項、外觀設計專利 129 項，已登記的軟件著作權(quán) 159 項，相關發(fā)明專利覆蓋了人臉識別軟件算法、圖像處理技術、人工智能芯片設計等計算機視覺及人工智能核心技術領域。

公司技術研發(fā)實力得到行業(yè)認可，獲得業(yè)內(nèi)多項殊榮。此外，公司采取自主研發(fā)與合作研究相結(jié)合的科研模式，廣泛建立合作關系，進一步加強了公司的技術研發(fā)實力，為本次項目的實施提供了堅實的技術支撐。

豐富的產(chǎn)品服務開發(fā)及落地經(jīng)驗，為項目的實施提供了經(jīng)驗支持。公司擁有對人工智能產(chǎn)業(yè)的深度理解，自成立以來即秉持“端云協(xié)同”的技術戰(zhàn)略，專注于人工智能產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)相關技術的研發(fā)與創(chuàng)新。發(fā)展至今，公司已構(gòu)建了融合算法、芯片、智能軟硬件產(chǎn)品及解決方案在內(nèi)的視覺人工智能研發(fā)及商業(yè)化落地能力。

公司是業(yè)內(nèi)率先實現(xiàn)動態(tài)人像系統(tǒng)大規(guī)模落地的公司之一，已在智慧安防、城市治理、交通服務、人居生活、商業(yè)零售等領域?qū)崿F(xiàn)了大規(guī)模場景的業(yè)務落地。公司所積累的豐富行業(yè)經(jīng)驗及對各場景的深刻理解，能夠為公司未來技術研發(fā)及產(chǎn)品開發(fā)提供重要支持，使公司提供的產(chǎn)品及解決方案能更好滿足下游客戶的核心需求。公司的大規(guī)模場景工程化能力，能幫助公司在未來的城市級解決方案構(gòu)建中，實現(xiàn)更高效的方案落地。

目前，公司在深圳、東莞、青島、成都、杭州等重點城市及其輻射區(qū)域已經(jīng)形成了規(guī)?；椖柯涞?，扎根重點城市為公司后續(xù)持續(xù)產(chǎn)生業(yè)務收入提供重要保障，公司產(chǎn)業(yè)化規(guī)模隨公司業(yè)務范圍擴張而逐年增長。公司豐富的產(chǎn)品服務開發(fā)及落地經(jīng)驗，將為本次項目的實施提供了經(jīng)驗支持。

高素質(zhì)的專業(yè)人才團隊，為項目的實施提供了人才基礎。

公司自成立以來注重技術研發(fā)團隊的建設，截至 2022 年 6 月末，公司擁有一支覆蓋人工智能算法、人工智能芯片、大數(shù)據(jù)處理三大技術平臺的 511 人的研發(fā)團隊，公司創(chuàng)始人陳寧曾獲得深圳市國家級領軍人才、第十六屆廣東省青年“五四獎章”等榮譽稱號，曾任中興通訊 IC 技術總監(jiān)。公司首席科學家王孝宇，曾任 SNAP 首席研究科學家。截至報告期末，公司研發(fā)團隊中，有 167 人擁有碩士及以上的相關學歷。

報告期各期，報告期各期，公司的研發(fā)投入分別為 19,996.55 萬元、21,921.48 萬元、29,512.46 萬元和 14,670.60 萬元，占營業(yè)收入的比例分別為 86.79%、51.42%、52.17%和 79.13%。在研發(fā)制度方面，公司建立了科學、完善的技術研發(fā)制度，并通過股權(quán)激勵等方式與技術研發(fā)人員分享公司經(jīng)營成果，能夠有效調(diào)動技術研發(fā)人員的積極性與創(chuàng)新性。優(yōu)秀的研發(fā)團隊帶頭人、持續(xù)的技術研發(fā)投入、完善的研發(fā)制度是公司實施本次項目的重要保障。

1、項目基本情況

通過本項目的實施，公司將在現(xiàn)有的核心技術及研發(fā)平臺基礎上，加大軟硬件設備、研發(fā)人員、芯片試制等研發(fā)投入，對“新一代 AIoT 神經(jīng)網(wǎng)絡處理器邊緣計算芯片”及“新一代高密度視頻智能處理 AI 芯片”進行技術研發(fā)。一方面，公司擬研制面向邊緣視覺應用的高能效比、高性價比視覺 AI 芯片及配套軟

件；另一方面，研發(fā)端云一體的新一代 AI 神經(jīng)網(wǎng)絡計算指令集、處理器架構(gòu)和處理器 IP，開發(fā)包括芯片工具鏈、軟件開發(fā)包等組成的配套全棧軟件開發(fā)平臺，并研制適用于城市級視頻智能處理云計算場景的強算力、高能效、高性價比云端芯片及配套軟件。

2、項目建設內(nèi)容

（1）新一代 AIoT 神經(jīng)網(wǎng)絡處理器邊緣計算芯片

1）新一代 AIoT 神經(jīng)網(wǎng)絡處理器架構(gòu)

①人工智能神經(jīng)網(wǎng)絡計算指令集

深入研究面向邊緣視覺應用的主流神經(jīng)網(wǎng)絡算法模型，在公司現(xiàn)有 VLIW& SIMD 混合計算指令集基礎上，進一步擴展和優(yōu)化，升級迭代成為針對邊緣和終端視覺應用更具能效比和靈活性的智能神經(jīng)網(wǎng)絡計算指令集，從而更好地滿足邊緣和終端視覺應用場景需求。

②人工智能神經(jīng)網(wǎng)絡處理器架構(gòu)

在現(xiàn)有端云一體指令集基礎上，對松耦合、近存儲的處理器體系架構(gòu)進行研究。通過松耦合設計，使各計算單元能夠動態(tài)地、靈活地進行任務分配，從而實現(xiàn)對不同應用場景下算法模型的有效支持；通過近存儲設計，進一步優(yōu)化人工智能神經(jīng)網(wǎng)絡計算任務的片內(nèi)數(shù)據(jù)搬運，降低訪存開銷，從而提升能效比。

2）新一代 AIoT 神經(jīng)網(wǎng)絡處理器系統(tǒng)架構(gòu)

①異構(gòu)多核并行計算架構(gòu)

研究通用嵌入式處理器、人工智能神經(jīng)網(wǎng)絡處理器、視覺處理加速單元和視頻編解碼加速處理單元等多核協(xié)同工作機制，提升芯片計算效率。

②芯片低功耗設計技術

研究適用于端側(cè)視覺計算芯片豐富應用場景的低功耗設計方法，包括時鐘動態(tài)關斷、多電源分區(qū)以及動態(tài)電壓頻率調(diào)整（DVFS）等技術。

③片上互聯(lián)技術

研究芯片的片上互聯(lián)結(jié)構(gòu)和通信機制，優(yōu)化片上互聯(lián)機制對傳輸時延和帶寬方面的影響。

3）視覺處理關鍵技術

①視頻、圖片編解碼技術

研究視頻、圖片編解碼底層設計方案，一方面減輕片上通用處理器工作負載，另一方面通過碼率控制、感興趣區(qū)域等多種手段緩解存儲壓力。

②視頻前后處理技術

研究圖像信號處理（ISP）的關鍵核心技術，包括寬動態(tài)范圍（WDR）、3D降噪等，從而提升全場景下視頻圖像質(zhì)量效果。

4）軟件開發(fā)平臺

軟件開發(fā)平臺重點解決異構(gòu)環(huán)境下的統(tǒng)一編程和部署的問題。

①人工智能神經(jīng)網(wǎng)絡處理器工具鏈

打造開源開放的芯片工具鏈，支持 Caffe，MxNET，TensorFlow 等主流深度學習框架，主要包括量化工具、編譯器和 Runtime等功能組件。

②芯片軟硬件體系協(xié)同優(yōu)化

研究多種應用場景下智能計算任務的動態(tài)分配機制，建立智能計算任務和硬件計算單元間的動態(tài)映射關系，從而實現(xiàn)芯片軟硬件體系協(xié)同優(yōu)化工作，提高芯片的能效比。

（2）新一代高密度視頻智能處理 AI芯片

1）端云一體的新一代人工智能神經(jīng)網(wǎng)絡計算指令集

通過深入研究面向各類計算機視覺應用場景的多種類型深度學習算法模型、語音、NLP 深度學習算法模型以及傳統(tǒng)機器學習算法，提取通用的計算算子和計算特性，定義支持高效推理、端云一體、滿足城市及社區(qū)高性能人工智能計算加速需求的人工智能神經(jīng)網(wǎng)絡計算指令集。

2）新一代人工智能神經(jīng)網(wǎng)絡處理器架構(gòu)及處理器 IP 及開發(fā)平臺

①新一代人工智能神經(jīng)網(wǎng)絡處理器架構(gòu)及處理器 IP

在端云一體新一代人工智能神經(jīng)網(wǎng)絡計算指令集基礎上，研究松耦合、近存儲的處理器體系架構(gòu)。通過松耦合設計，使各計算單元能夠動態(tài)地、靈活地進行任務分配，實現(xiàn)對各類計算機視覺算法模型的有效支持，同時兼顧語音、NLP 深度學習算法。通過近存儲設計，進一步優(yōu)化人工智能神經(jīng)網(wǎng)絡計算任務的片內(nèi)數(shù)據(jù)搬運，降低訪存開銷，提升能效比。

②全自動化的人工智能神經(jīng)網(wǎng)絡處理器開發(fā)平臺。

研究集硬件 RTL 代碼生成、功能驗證、性能評估、編譯、仿真調(diào)試為一體的自動化平臺開發(fā)。實現(xiàn)快速交付定制化算力的人工智能神經(jīng)網(wǎng)絡處理器 IP，實現(xiàn)分層架構(gòu)性能評估平臺，包括模擬器、性能仿真器等，并對定制生成的單核和多核 IP 進行前期性能評估。

3）異構(gòu)環(huán)境下的統(tǒng)一編程和部署的軟件開發(fā)平臺

打造開源開放的芯片工具鏈，支持 Caffe，MxNET，TensorFlow 等主流深度學習框架，主要包括量化工具、編譯器和 Runtime 等功能組件，并集成深度學習開發(fā)庫、SDK 軟件開發(fā)包、功能調(diào)試工具、性能調(diào)試工具等，具有面向云側(cè)數(shù)據(jù)中心部署的軟件接口，方便業(yè)務的開發(fā)、遷移和調(diào)試優(yōu)化。

4）高密度大算力視頻智能處理的異構(gòu)系統(tǒng)芯片架構(gòu)

針對高密度大算力視頻智能處理在控制、計算、緩存、存儲和數(shù)據(jù)通信等各個方面的系統(tǒng)性能需求，結(jié)合產(chǎn)品實際部署場景對功耗和運行效能的系統(tǒng)效率需求，設計面向視頻圖像高密度處理、兼顧神經(jīng)網(wǎng)絡計算效率和系統(tǒng)功耗平衡的異構(gòu)多核系統(tǒng)架構(gòu)；綜合運用多層次的片內(nèi)存儲結(jié)構(gòu)設計，優(yōu)化各個功能模塊之間的總線連接和流水調(diào)度方式，研發(fā)寬動態(tài)可調(diào)節(jié)的系統(tǒng)和模塊運行時鐘，在兼顧芯片成本和良率等多種因素約束下，達到高性能、高能效、可適應多種應用場景的研發(fā)目標。

5）高密度多路視頻圖像編解碼模塊的集成與驗證

為了加快視頻智能處理芯片的設計效率和縮短設計周期，該芯片擬集成多路視頻圖像編解碼模塊。在高密度視頻圖像處理業(yè)務下，為了減輕云端推理芯片與通用處理器系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)吞吐需求，云端推理芯片內(nèi)部集成視頻圖像編解碼模塊，負責對輸入壓縮視頻和圖像進行解碼處理，為后續(xù)視頻智能處理提供數(shù)據(jù)輸入，支持對完成視頻智能處理的視頻片段或圖像進行編碼輸出。

6）高速數(shù)字接口模塊的集成與驗證

為了加快視頻智能處理芯片的設計效率和縮短設計周期，該芯片擬集成多個高速數(shù)字接口模塊，其中包括，與通用處理器系統(tǒng)進行高速數(shù)據(jù)交換的先進總線接口 PCI Express 4.0（PCIe Gen4）和 PCI Express 5.0（PCIe Gen5）；與外部動態(tài)存儲器（DRAM）進行接口的高帶寬 DRAM 控制器接口等。

7）智能視頻分析芯片的配套軟件開發(fā)與部署組件

為了加快視頻智能處理芯片產(chǎn)品解決方案產(chǎn)業(yè)化應用和部署，針對智能視頻分析芯片產(chǎn)業(yè)化落地應用的需求，基于公司已有的人工智能全棧軟件平臺，將研發(fā)與芯片配套的軟件開發(fā)框架，視頻智能處理組件，以及產(chǎn)品通用部署工具。

3、項目投資概算

本項目預計建設期為 48 個月，項目總投資 50,088.60 萬元。

4、項目環(huán)境保護情況

本項目不會產(chǎn)生工業(yè)廢水、廢氣、廢渣與噪聲等，不會對環(huán)境產(chǎn)生污染。

5、項目實施地點與時間進度安排

本項目擬在深圳市南山區(qū)及公司上海、南京、西安、成都研發(fā)中心開展相 關的研發(fā)工作。項目的實施進度劃分為以下幾個階段：設備詢價及采購、設備 安裝及調(diào)試、人員招聘及培訓、項目持續(xù)研發(fā)、流片試產(chǎn)等 5 個階段，預計項 目建設期為 48 個月。