本文作者張慧娟
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“智能邊緣”被頻頻提及。更成了英特爾的年度熱詞。
這背后是海量數(shù)據(jù)藍(lán)海。根據(jù) IDC 預(yù)測(cè)，2025年全球物聯(lián)網(wǎng)連接數(shù)將增長(zhǎng)至270億個(gè)，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)量將達(dá)到1000億臺(tái)，全球數(shù)據(jù)總量預(yù)計(jì)2025年將達(dá)到163個(gè)ZB，而未來(lái)超過(guò)70%的數(shù)據(jù)和應(yīng)用將在邊緣產(chǎn)生和處理。正因如此，幾乎所有數(shù)據(jù)中心的廠商都紛紛入場(chǎng)邊緣計(jì)算，唯恐錯(cuò)過(guò)下一場(chǎng)數(shù)據(jù)盛宴。
伴隨5G與AI持續(xù)釋放的效應(yīng)，智能邊緣計(jì)算在快速崛起，也將迎來(lái)大量應(yīng)用場(chǎng)景。那么，智能邊緣計(jì)算當(dāng)前面臨哪些機(jī)遇？對(duì)芯片設(shè)計(jì)帶來(lái)哪些影響？英特爾作為數(shù)據(jù)中心和 PC 端的老牌優(yōu)勢(shì)玩家，又將如何推動(dòng)智能邊緣的發(fā)展？
邊緣計(jì)算是萬(wàn)物智能實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵
邊緣計(jì)算其實(shí)是1990年創(chuàng)立的概念，來(lái)源于數(shù)據(jù)內(nèi)容傳輸網(wǎng)絡(luò)，用來(lái)服務(wù)網(wǎng)頁(yè)和視頻內(nèi)容，當(dāng)時(shí)是從端側(cè)服務(wù)器所產(chǎn)生的服務(wù)，可以更加靠近用戶。
而今天，在云、邊、端融合的大趨勢(shì)中，“邊緣計(jì)算是萬(wàn)物智能實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵”，宋繼強(qiáng)談到，“而邊緣計(jì)算的機(jī)會(huì)又與數(shù)據(jù)的變化密不可分，主要包括數(shù)據(jù)的量變與質(zhì)變。”
英特爾中國(guó)研究院院長(zhǎng) 宋繼強(qiáng)
過(guò)去幾代IT產(chǎn)業(yè)不斷給萬(wàn)物云化、智能化帶來(lái)新的推動(dòng)力，現(xiàn)在已經(jīng)到了一個(gè)把萬(wàn)物都智能化的關(guān)鍵階段。這意味著這些物品都要具備感知、處理、通訊能力和存儲(chǔ)能力，計(jì)算需求龐大了許多，數(shù)據(jù)量大約以25%的年復(fù)合增長(zhǎng)率在上升。
而“質(zhì)”的方面也有巨大變化。以過(guò)去三十年的變遷來(lái)看，最早期是人產(chǎn)生數(shù)據(jù)（比如廣播、電視媒體等），到現(xiàn)在大量的用戶都在產(chǎn)生數(shù)據(jù)，還有機(jī)器產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，以及元數(shù)據(jù)（描述數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)），因?yàn)?strong>AI大量應(yīng)用，用來(lái)描述AI模型的參數(shù)，這些數(shù)據(jù)必須要靠近處理數(shù)據(jù)的地方。這些都導(dǎo)致了數(shù)據(jù)類型越來(lái)越多元化，遠(yuǎn)非傳統(tǒng)CPU或GPU就可以處理的。
相對(duì)于數(shù)據(jù)指數(shù)級(jí)的量變和多元化的質(zhì)變，核心網(wǎng)帶寬和云處理的能力難以匹配，因此需要在邊緣對(duì)大量來(lái)自于新型終端設(shè)備的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理和消化過(guò)濾，也正是如此，宋繼強(qiáng)強(qiáng)調(diào)了邊緣計(jì)算的重要性，“它是未來(lái)能否真正支持萬(wàn)物智能化的關(guān)鍵點(diǎn)”。
邊緣計(jì)算的好處是延時(shí)低、傳輸距離短、可以定制更大的帶寬、敏感數(shù)據(jù)無(wú)需離開本來(lái)的場(chǎng)所，除此之外，宋繼強(qiáng)談到，“邊緣意味著數(shù)據(jù)有聚集性，相關(guān)數(shù)據(jù)一起處理，可以構(gòu)造更好的互聯(lián)技術(shù)。有關(guān)智能邊緣價(jià)值的市場(chǎng)預(yù)期非常好，未來(lái)幾年會(huì)翻倍，達(dá)到650億美元以上的大市常”
未來(lái)智能邊緣計(jì)算
多設(shè)備合作+在線學(xué)習(xí)能力
如何理解智能邊緣在解決當(dāng)前挑戰(zhàn)時(shí)所發(fā)揮出來(lái)的價(jià)值？宋繼強(qiáng)表示，云邊端融合是大趨勢(shì)，可以把終端設(shè)備、邊緣和云，虛擬成大的計(jì)算設(shè)備看待，而邊緣計(jì)算就相當(dāng)于把真實(shí)世界和虛擬世界連通起來(lái)。真實(shí)世界有很多數(shù)據(jù)，比如工業(yè)制造、駕駛、機(jī)器人等，有很多傳感器，數(shù)據(jù)可以通過(guò)邊緣計(jì)算捕捉到計(jì)算系統(tǒng)中，形成數(shù)字系統(tǒng)中的映射，更好地進(jìn)行處理和觀察。同樣，也可以把知識(shí)儲(chǔ)存下來(lái)，在多個(gè)不同領(lǐng)域和區(qū)域分享。
未來(lái)，虛擬世界會(huì)有更多讓計(jì)算發(fā)揮空間的地方。當(dāng)智能系統(tǒng)都具備感知、決策和行動(dòng)的能力，就實(shí)現(xiàn)了自主智能系統(tǒng)。這對(duì)計(jì)算也帶來(lái)了更高的要求，主要包括并行計(jì)算、串行計(jì)算、實(shí)時(shí)計(jì)算等，未來(lái)的計(jì)算系統(tǒng)，既需要多個(gè)設(shè)備之間的合作，也需要在線學(xué)習(xí)的能力。
車路協(xié)同、機(jī)器人是當(dāng)前非常典型的兩個(gè)智能邊緣的應(yīng)用場(chǎng)景。宋繼強(qiáng)以機(jī)器人為例介紹，英特爾中國(guó)研究院當(dāng)前在該領(lǐng)域主要有兩大方向：一是把邊緣計(jì)算引入智能機(jī)器人的場(chǎng)景中，提高機(jī)器人的學(xué)習(xí)能力；二是提高多機(jī)器人之間的協(xié)同工作能力。攻克了這兩大挑戰(zhàn)，能夠更好地將機(jī)器人用在商用場(chǎng)景、醫(yī)院場(chǎng)景，以及工業(yè)物流和倉(cāng)儲(chǔ)等場(chǎng)景。
因?yàn)樵跈C(jī)器人的學(xué)習(xí)能力方面，它如果要具備長(zhǎng)期的、并且可以逐步提高的服務(wù)能力，就需要從場(chǎng)景中逐漸學(xué)習(xí)、構(gòu)造對(duì)場(chǎng)景的理解。在此基礎(chǔ)上，要進(jìn)一步分析場(chǎng)景中的相互關(guān)聯(lián)，形成機(jī)器人自己的記憶，才能進(jìn)行后續(xù)的能力提升。但是，本身靠機(jī)器人自己完成的話，對(duì)硬件的要求太高，這就需要用到邊緣計(jì)算，一方面將不需要即時(shí)響應(yīng)的計(jì)算卸到邊緣計(jì)算上，另一方面也可以利用邊緣計(jì)算進(jìn)行存儲(chǔ)。通俗地說(shuō)，智能邊緣就相當(dāng)于讓機(jī)器人這類小型前端設(shè)備，能夠具備更大的存儲(chǔ)和計(jì)算容量。
在協(xié)同工作方面，由于每個(gè)機(jī)器人都是一個(gè)物理的個(gè)體，它所觀察到的都還是局部空間，要實(shí)現(xiàn)一個(gè)更加完整的、應(yīng)用級(jí)別的規(guī)劃時(shí)，通常需要全局的調(diào)度能力，這時(shí)邊緣計(jì)算就是很好的方式，它實(shí)時(shí)性好，能夠高速調(diào)度機(jī)器人之間的互相協(xié)作，能夠在機(jī)器人具備局部自主能力的同時(shí)，又克服了它是一個(gè)物理實(shí)體的局限性。
據(jù)了解，英特爾中國(guó)目前已經(jīng)開始構(gòu)建場(chǎng)景中的知識(shí)圖譜，相當(dāng)于為機(jī)器人構(gòu)建記憶，支持它逐漸學(xué)習(xí)，甚至進(jìn)行任務(wù)規(guī)劃。
超異構(gòu)計(jì)算成為關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)力
來(lái)自端側(cè)的應(yīng)用需求千差萬(wàn)別，大量的數(shù)據(jù)和處理需求，有的要實(shí)時(shí)，有的要稀疏，有的要并行，有的需要矩陣。有這么多種不同的計(jì)算同時(shí)發(fā)生，而且要形成一個(gè)閉環(huán)，滿足一定的實(shí)時(shí)性要求；這么多架構(gòu)要同時(shí)存在，并且要無(wú)縫融合，帶寬、體積和成本都要盡量?jī)?yōu)化。
因此也可以說(shuō)，一個(gè)架構(gòu)“包打天下”的時(shí)代已經(jīng)過(guò)去了。“架構(gòu)創(chuàng)新的輝煌十年，超異構(gòu)計(jì)算將成為關(guān)鍵的創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)力”，宋繼強(qiáng)表示。也正是如此，英特爾強(qiáng)調(diào)其XPU架構(gòu)的價(jià)值，這個(gè)“X”指的是至少會(huì)包含CPU、GPU、專用加速器以及FPGA的混合架構(gòu)，至于選擇哪種架構(gòu)，則是與應(yīng)用強(qiáng)相關(guān)的。
不過(guò)，要真正獲得硬件異構(gòu)之后的超級(jí)性能提升，沒(méi)有好的軟件是不行的，宋繼強(qiáng)認(rèn)為，英特爾的oneAPI實(shí)際是在為業(yè)界搬一塊大石頭。
這樣說(shuō)的依據(jù)何在？他表示，不同架構(gòu)上的編程人員分布非常不均勻，CPU最多，GPU也不少，但能在FPGA上編程的人，一下就少了很多，到ASIC就更有針對(duì)性了。未來(lái)架構(gòu)中常常會(huì)有異構(gòu)的情況，卻沒(méi)有辦法讓一個(gè)程序員學(xué)會(huì)所有東西。
oneAPI就是英特爾搭建軟件生態(tài)的一個(gè)實(shí)踐。作為跨XPU架構(gòu)統(tǒng)一編程模型，oneAPI包含工具鏈、性能庫(kù)、編譯器、調(diào)試、編程、程序移植等，可以幫助開發(fā)人員有效減少跨架構(gòu)程序開發(fā)時(shí)間和成本。
“架構(gòu)和軟件是要搭配的，架構(gòu)要體現(xiàn)出不同的架構(gòu)都能玩得轉(zhuǎn)，同時(shí)做出來(lái)的硬件還要能讓別人用軟件快速使用。如果新的架構(gòu)出來(lái)，沒(méi)有一個(gè)很好的軟件能夠把它生態(tài)化，那就還是起不來(lái)”，宋繼強(qiáng)強(qiáng)調(diào)。
智能邊緣需要更多元、靈活的設(shè)計(jì)策略
今天的數(shù)據(jù)復(fù)雜度和產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期都與以往大有不同，英特爾最新提出的“分解設(shè)計(jì)”策略尤為適用。特別是在邊緣側(cè)，能夠應(yīng)對(duì)未來(lái)異構(gòu)計(jì)算的大趨勢(shì)。
宋繼強(qiáng)表示，英特爾其實(shí)一直有分解設(shè)計(jì)的嘗試，這次將它專門作為一個(gè)策略提出，意在強(qiáng)調(diào)通過(guò)多節(jié)點(diǎn)的產(chǎn)品或IP，能夠快速完成產(chǎn)品構(gòu)造，滿足當(dāng)前的應(yīng)用需求。這是一種“化整為零”的設(shè)計(jì)思路，例如把原來(lái)的整個(gè)SoC芯片由大變小，先做成幾個(gè)大的部分，比如CPU、GPU、I/O，再將SoC的細(xì)粒度進(jìn)一步提升，將以前按照功能性組合的思路，轉(zhuǎn)變?yōu)榘凑站琁P進(jìn)行組合。
假如客戶在超薄PC中需要結(jié)合高性能計(jì)算部件、超低功耗計(jì)算部件、以及Wi-Fi 6這樣的通信部件等，如果這些整合都要在10nm 節(jié)點(diǎn)上重新設(shè)計(jì)一款芯片，時(shí)間周期比較長(zhǎng)。如何快速達(dá)到客戶需求？就可以通過(guò)“分解設(shè)計(jì)”的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。例如用10nm計(jì)算芯片的內(nèi)核配合14nm超低功耗的芯片，再組合其他外設(shè)或加速器芯片，通過(guò)Intel的2.5D或3D封裝技術(shù)組合在一個(gè)封裝中，同時(shí)保證它們之間的帶寬足夠高，就像在一個(gè)芯片中工作一樣。這樣就既能夠滿足產(chǎn)品性能、功耗、尺寸要求，同時(shí)大幅縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)間。
相比于以往的芯片整體設(shè)計(jì)思路，分解設(shè)計(jì)的好處在于，不僅能夠提升設(shè)計(jì)效率、降低產(chǎn)品化時(shí)間，并且能夠減少?gòu)?fù)雜設(shè)計(jì)帶來(lái)的bug數(shù)量。“原來(lái)一定要放到一個(gè)晶片上的方案，現(xiàn)在可以轉(zhuǎn)換成多晶片來(lái)做。不僅可以利用Intel的多節(jié)點(diǎn)制程工藝，也可以利用合作伙伴的工藝。給客戶更多選項(xiàng)，在每個(gè)選項(xiàng)下進(jìn)行最優(yōu)組合，而不僅局限于單一節(jié)點(diǎn)”，宋繼強(qiáng)指出。
而不僅如此，隨著工藝制程的演進(jìn)，新工藝節(jié)點(diǎn)對(duì)設(shè)計(jì)、驗(yàn)證的要求越來(lái)越高，并且耗時(shí)更長(zhǎng)，研發(fā)代價(jià)也更大。分解設(shè)計(jì)策略能夠帶來(lái)更大的靈活性，甚至，在英特爾提供給客戶的芯片中，不排除有其他合作伙伴小Die的可能�？梢钥闯觯�“分解設(shè)計(jì)”策略是英特爾戰(zhàn)略上的一大改變，體現(xiàn)出了極大的靈活度和包容性。
邊緣計(jì)算直接面向很多應(yīng)用場(chǎng)景，場(chǎng)景的極度碎片化也催生了邊緣計(jì)算的多樣性和豐富內(nèi)涵。在這個(gè)百億級(jí)大市場(chǎng)爆發(fā)的前夜，英特爾有了一個(gè)不錯(cuò)的開頭，面向眾多垂直場(chǎng)景，生態(tài)合作伙伴的賦能、自我的顛覆和重建、云邊端融合的優(yōu)勢(shì)，都在幫助它找到并抓住智能邊緣的重大機(jī)遇。正如英特爾最新版的logo，比上一版最顯著的區(qū)別就是少了最外面的一個(gè)“圈”，這讓我忍不住調(diào)侃站在智能時(shí)代的拐點(diǎn)，英特爾開啟了破“圈”之旅。
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