Аналоговый подход AI-чипа сокращает энергопотребление

Aspinity, стартап из Питтсбурга, основанный в 2015 году, запускает во вторник платформу реконфигурируемых аналоговых модульных процессоров (RAMP). Платформа аналоговой обработки со сверхнизким энергопотреблением предназначена для обнаружения, анализа и классификации необработанных данных датчиков - в аналоговой области. После того, как RAMP отличает данные (голос, сигнал тревоги, изменение частоты или величины вибрации и т. Д.) От фонового шума, передает их на оцифровку.

(Источник:Aspinity)

Результатом этого подхода «анализируй первым в аналоговом» является то, что он «снижает потребляемую мощность на периферии до 10 раз, а объем обрабатываемых данных - до 100 раз для постоянно работающих приложений», согласно Aspinity. Стартап утверждает, что RAMP может сыграть ключевую роль в постоянно включенных сенсорных устройствах с батарейным питанием для потребителей, умного дома, Интернета вещей и промышленных рынков.

Майк Демлер, старший аналитик Linley Group, сказал EE Times , «Самая отличительная особенность RAMP - крайне низкая мощность. Вытягивание всего 10 микроампер во время активной работы - настоящий подвиг для аналогового чипа ».

Основатель и генеральный директор Aspinity Том Дойл сказал нам, что он был счастлив, когда недавно услышал, как Джин Франц говорил о «необходимости вернуть нейронные сети к аналоговым». Франц, ранее занимавшийся технологией и убежденный пропагандист DSP в TI, теперь является профессором Университета Рича. Ранее в этом году в интервью EE Times он предположил, что ИИ необходимо лучшее решение, и для этого «нам следует подумать о возвращении к обработке аналоговых сигналов».

Это была музыка для ушей Дойла. Аналоговая обработка - это именно то, для чего настроена RAMP от Aspinity.

Аналоговый или цифровой
Другие поставщики микросхем, включая STMicroelectronics и Renesas, например, предлагают конечные устройства с возможностями искусственного интеллекта для обнаружения аномалий. Чем отличается RAMP от Aspinity?

Джо Хоффман, директор по беспроводной связи и распознаванию машин в SAR Insight &Consulting, сказал:«STMicroelectronics и Renesas используют цифровые технологии. Они реализуют основные элементы искусственного нейрона с помощью цифровых схем и программного обеспечения на своих основных процессорах ». ST, например, зависит от ядер микропроцессоров ARM, в то время как Renesas использует свой собственный динамически реконфигурируемый процессор (DRP), который Хоффман описал как «гибридный подход где-то между ядром микропроцессора и FPGA». Он сказал:«DRP можно перенастроить на лету».

Напротив, RAMP от Aspinity использует подход аналоговой схемы. Хоффман отметил, что Aspinity создает нейроны и синапсы, используя аналоговые конструкции, а не цифровые.

В результате, вместо разработки системы профилактического обслуживания, которая непрерывно оцифровывает тысячи точек данных для отслеживания тенденций изменений определенных спектральных пиков, «RAMP может производить выборку и выбирать только самые важные точки данных, сжимая количество данных вибрации за счет В 100 раз и резко сократится объем данных, собираемых и передаваемых для анализа », - говорится в сообщении компании.

Уменьшение объема данных - ключ к включению беспроводной сенсорной системы с батарейным питанием.

Мифический против Аспинити
Аналоговый был оригинальным способом моделирования нейронных сетей. Цифровые технологии появились позже, - сказал Демлер. «Но в последнее время исследователи (и такие компании, как Mythic и Syntiant) изучают аналоговые вычисления в памяти, чтобы снизить энергопотребление по сравнению с механизмами цифрового вывода».

Устраняя транзакции с цифровой памятью, необходимые в типичном механизме вывода, «вы потенциально можете сэкономить много энергии и площади кристалла», - пояснил Демлер.

Генеральный директор Aspinity Дойл сказал:«Как и в традиционной архитектуре цифрового компьютера, Aspinity имеет как« память кода »для хранения структуры алгоритма и параметров / коэффициентов алгоритма, так и« память данных »для хранения истории характеристик сигнала. как мы его обрабатываем. Однако, в отличие от традиционного компьютера, Aspinity не использует часть блоков памяти. Вместо этого как память кода, так и память данных «смешаны с вычислительными компонентами для повышения эффективности и компактности», - пояснил Брэндон Рамберг, технический директор и основатель Aspinity. Внутри RAMP интегрирована энергонезависимая память.

В некотором смысле Mythic и Aspinity похожи, потому что их подход - это «внутренние аналоговые вычисления». Но на этом сходство заканчивается.

Мифический зависит от цифрового входа. Aspinity, напротив, обрабатывает аналоговые входы. Демлер объяснил:«Mythic просто использует ячейки флеш-памяти в качестве элементов проводимости с переменным напряжением для замены цифровых умножителей-накопителей (MAC)». С другой стороны, «Aspinity использует множество параметризованных аналоговых схем; усилители, фильтры, сумматоры / вычитатели и т. д. »

Точность 6–8 бит
Как пояснил Хоффман, «Цифровая схема обеспечивает гораздо большую точность вычислений, чем аналоговая, и совместима с хорошо известными процессами цифрового проектирования и технологией CMOS. Например, все современные процессоры сегодня имеют ширину 64 бита, тогда как упомянутые здесь аналоговые процессы [Mythic, Aspinity и другие] обычно имеют точность от 6 до 8 бит. [Однако] этой более низкой точности достаточно для многих приложений ».

Подводя итог, Хоффман отметил:«Aspinity фокусируется на ограниченном наборе приложений акустической обработки для обнаружения слова пробуждения / звука на сверхнизком уровне мощности. Это выгодно, когда остальную часть устройства можно перевести в спящий режим в режиме низкого энергопотребления ».

Демлер также считает, что аналог имеет свои ограничения, связанные с изменчивостью процесса / напряжения / температуры и т. Д. Он отметил:«Вот почему мы не видели, чтобы он получил широкое распространение в коммерческих продуктах». С другой стороны, «если вы можете исключить все транзакции с цифровой памятью, необходимые в типичном механизме вывода, вы потенциально можете сэкономить много энергии и уменьшить площадь».

Приложения
Aspinity видит рост рынка «голосовых устройств», таких как интеллектуальные колонки и носимые / слуховые аппараты. Дойл сказал:«Представьте себе пульт от телевизора с функцией голосового управления, который работает в течение года при смене батареи. Это даст производителям большое конкурентное преимущество ».

Согласно Aspinity, аналоговые блоки платформы RAMP можно перепрограммировать с помощью алгоритмов для конкретных приложений. RAMP может анализировать необработанные аналоговые данные от различных типов датчиков, включая акселерометры, используемые для промышленного мониторинга вибрации.

Сначала оцифровывай и сначала анализируй (Источник:Aspinity)

Демлер отметил:«RAMP - это схема специального назначения». При использовании RAMP разработчики должны учитывать затраты и преимущества добавления еще одного компонента к своим устройствам, активируемым голосом. Но разве это оборотная сторона? - Не совсем, - сказал Демлер. «RAMP - это детектор голосовой (или звуковой) активности. Он не определяет, что именно говорится. В некоторых системах имеет смысл интегрировать RAMP в качестве внешнего интерфейса речевого процессора, а не в качестве отдельного чипа ».

Генеральный директор Aspinity Дойл сказал, что помимо продажи микросхем он планирует заниматься IP-бизнесом. В настоящее время у компании есть ряд партнеров, с которыми она работает. «Некоторые из них являются компаниями-производителями, а другие - партнерами по чипсетам», - сказал Дойл. Чип сегодня делает выборку. Планируется, что серийное производство начнется в первой половине 2020 года.

Компания
Компания Aspinity была основана с целью коммерциализации исследований в Университете Западной Вирджинии. Стартап имеет эксклюзивные полные права на использование технологий, разработанных в университете.

Всего за три раунда Aspinity привлекла финансирование на сумму от 3,6 до 3,7 миллиона долларов. По словам генерального директора, Amazon участвовал в двух раундах. По словам Дойла, в компании работает команда из десяти инженеров, многие из которых имеют большой опыт работы в области аналоговой техники.

- Джунко Йошида, главный соредактор по всему миру, AspenCore Media, главный международный корреспондент, EE Times

>> Эта статья была первоначально опубликована наш дочерний сайт EE Times:«Aspinity переводит нейронные сети обратно на аналог».