微软为下一代HoloLens开发AI芯片，可识别语音和图像

近日微软全球执行副总裁沈向洋在 CVPR 2017 大会上做 keynote 时，宣布新一代 HPU，融入了 AI 协处理器，能够实现多种类型的 DNN。

毫不夸张地说，深度学习风暴般席卷了计算机视觉和其他识别领域。许多高难度的识别问题在过去几年中取得了极大进步。

尽管在深度神经网络(DNN)的影响下，识别的准确率有了大幅提升，但是深度学习方法仍然面临两大挑战：需要海量标注数据投入训练，需要一种不同于当前通用处理器/内存结构(memory architecture)的计算类型。一些公司为此构建了适用于 DNN 所需大规模并行计算(massively parallel compute)类型的结构，包括微软使用的 FPGA。但是截止到目前，这些方法的主要作用还是改善现有云计算结构(cloud computing fabric)的性能。

Marc Pollefeys 所在的 HoloLens 一直在研究制作完美混合现实的设备。除了计算设备、传感器、显示器之外，他们还打算把电池装在头上。HoloLens 想提供可本地运行的低延迟的计算设备，用户可用它进行手势跟踪。这样的设备需要一个无与伦比的电池。那么他们会怎么做呢?创造了定制硅仿真器。

首先介绍一些背景知识：HoloLens 包含一个定制的名为 Holographic Processing Unit(HPU)的多处理器，负责处理所有板上传感器传送过来的信息，包括微软的定制飞行时间法(time-of-flight)深度传感器、头部追踪摄像头、惯性测量单元(IMU)、红外摄像头。HPU 使得 HoloLens 成为全球首个以及唯一一个独立的全息计算机。

今天，微软执行副总裁沈向洋在 CVPR 2017 上做 Keynote 演讲时宣布，目前正在研发的 HPU 第二代，将包含一个 AI 协处理器以自然、灵活地实现 DNN。该芯片支持大量层类型，完全可编程。微软表示，该 AI 协处理器将被用在下一代 HoloLens 中。

图注：CVPR 2017 大会现场

这是为数不多的一次，微软决定自己开发新的芯片。他们宣称，这是第一款针对移动设备设计的芯片。实际上，为了更多的释放 AI 能量，已经有不少大公司决定自己研发芯片。今年五月，有知情人士称，苹果正在测试 iPhone 原型机，其中使用了针对 AI 设计的芯片。谷歌于今年 I/O 大会上推出第二代 AI 芯片 TPU。为劝说人们购买下一代设备——不管是手机、VR 头盔，甚至是汽车，所有的体验将更好，更流畅。

“消费者期待的是没有延迟，实时处理的体验。”Tirias 研究机构的分析师 Jim McGregor 称，“对于自动行驶汽车来说，把数据传送到云端，再做决定，以避免碰撞，躲开行人，这样的时间延迟你承担不起。自动驾驶产生的数据十分庞大，你无法将所有数据传回云端。”他表示，到 2025 年，所有人们要交互的设备都将植入 AI。

数年来，英特尔在芯片市场占据重要位置，但随着人工智能的发展，传统芯片厂商第一次开始面临竞争。通过分析和学习模型，模拟人脑神经网络，AI 能力越来越强。而一般用于 PC 的芯片并不会将处理能力一次性地提高数倍，但这却是 AI 软件所要求的。

目前来看，微软研发自己的芯片已经有几年时间了。其中，Xbox 游戏主机也加入了动作追踪处理系统。最近，为了在云服务方面与谷歌和亚马逊合作，微软使用了现场可编程门阵列(FPGA)以展示他们的 AI 实力。特别是，微软从英特尔子公司 Altera 购买芯片，并使用软件对芯片进行调整，使其具有独一无二的功能。

去年，微软使用数千个这样的芯片，一次性将英文维基百科翻译为西班牙语，共有 500 万篇文章，30 亿个词汇，用时仅不到十分之一秒。下一步，微软将让他们的云用户使用这样的芯片，来加速各自的 AI 任务，这一服务将于明年上线。用户可以使用该服务从巨大的数据中识别图像，或使用机器学习算法预测用户的购买模式。微软研究院杰出工程师 Doug Burger 称，“我们对此非常重视。我们的愿望是成为第一大 AI 云。”

当然，微软也面临很多竞争。亚马逊也使用了可编程门阵列，还计划使用由英伟达研发的顶级芯片 Volta 来训练 AI 系统。同时，谷歌已经建立了名为 Tensor Processing Units 的 AI 处理器，并且已经供客户使用。公司内容研发芯片成本是非常大的，但微软称，他们别无选择，因为技术变化的如此之快，很容易被落在后面。

从云端将专业的东西放到人们手中或脸前的设备上，是微软 CEO Satya Nadella 聚焦于 AI 的首要任务。在五月份的一次演讲上，他谈到使用 AI 追踪工业设备的想法，AI 能告诉用户哪里能找到一把惠子，如何使用它，以及在未授权使用或化学品泄漏的情况下，及时给予警告。

新的 HoloLens 芯片有可能将使上述情况成真，并且创造更多的可能性。微软 CTO Kevin Scott 说，“我们确实需要定制芯片用于我们正创建的场景和应用中。”