導讀
最近，韓國科學技術院的科研團隊開發出一種超低功耗的高性能人工智能芯片，並在此基礎上開發出一套多功能、高效率的人臉識別系統。
關鍵字
人工智能、人臉識別、半導體
背景
如今，人工智能（AI）作為一項非常熱門的新興科技，發展潛力極其巨大。根據全球著名的市場調研機構 IDC 預測，人工智能市場規模今年將達到1650億美元，2018年將達到2000億美元。
全球最著名的科技公司都紛紛加大了人工智能的研發力度，無論是國內的百度、阿里、騰訊，還是國外的微軟、谷歌、臉書、英特爾、英偉達等等科技巨頭，都表現出對人工智能的極大熱情，同時也展開了激烈的競爭。從互聯網行業到半導體行業，各大公司都在人工智能方面不斷開拓，取得新的科技成果。
然而，目前人工智能技術大多數還是專注於軟件層面，且運算速度較低。如果要將人工智能要應用到移動設備，例如智能手機，那麼必然會面臨諸多問題，例如：性能、功耗、便攜性等等。
所以，一些公司已經在開始投資研發人工智能半導體芯片，配合人工智能軟件的運行。例如，谷歌開發出了高度定製化的、深度學習芯片TPU（Tensor Processing Unit），英偉達也在圍繞GPU芯片大力佈局人工智能。
然而，對於人工智能芯片來說，關鍵還是要能夠做到低功耗和高性能。
創新
最近，韓國科學技術院（KAIST）電氣工程系教授 Hoi-Jun Yoo 領導的科研團隊開發出一種人工智能半導體芯片：CNNP（CNN 處理器），它能以超低功耗運行人工智能程序。這些芯片由 Yoo 教授的博士生 Kyeongryeol Bong 負責開發，並已經在二月份於舊金山召開的國際固態電路會議上進行了展示。
（圖片來源於：KAIST）
另外，該科研團隊還在CNNP芯片基礎上，開發出一套人臉識別系統：K-Eye。該系統由 KAIST 與創業公司UX Factory 聯合打造。
（圖片來源於：KAIST）
K-Eye 系列產品有兩種類型：一種是可穿戴設備（K-Eye），另外一種是電子狗（K-EyeQ）。
K-Eye 可通過藍牙與智能手機連接，其內部電池可維持工作超過24小時。用戶可將K-Eye 設備掛在脖子上，通過智能手機或者智能手錶訪問數據庫，從而很方便地進行人臉識別。
（圖片來源於：KAIST）
另外一種是K-EyeQ（電子狗設備），它可以通過USB接口與智能手機或其他電子設備連接。
（圖片來源於：KAIST）
如果是已認證的用戶，一旦被系統識別，那麼智能手機將無需密碼、指紋或者虹膜識別，就能自動解鎖。而且，該系統還可以判斷出，輸入的臉部信息是來自於真實的個人，還是一張保存下來的照片，所以智能手機就不會被用戶的照片欺騙。
另外，K-Eye 系列產品還具有更加獨特的功能，例如能先去檢測人臉，然後再對其識別，並能保持“隨時在線”的狀態，功耗低於1毫瓦。
技術
對於K-Eye系列產品的設計來說，其中兩項十分關鍵的技術：
“隨時在線”識別人臉的圖像傳感器；
CNNP人臉識別芯片；
先介紹第一項關鍵技術，“隨時在線”的圖像傳感器。它能檢測到攝像頭拍攝的範圍內是否出現過人臉。然後，它會捕獲畫面，對設備進行設置，使其只在人臉出現的時候運行，從而顯著降低待機功耗。
為了降低功耗，這種人臉檢測傳感器結合了模擬和數字處理技術。模擬處理器，結合了CMOS圖像傳感器陣列，可以區分背景區域和可能含有人臉的區域。然後，數字處理器就會只檢測選定區域中的人臉。所以，畫面捕捉、人臉檢測處理和內存使用方面的效率都會得到提高。
（圖片來源於：KAIST）
接下來介紹第二項關鍵技術，CNNP。它在電路、架構、算法方面，採用卷積神經網絡（CNN）進行優化，可以顯著地降低功耗。
首先，集成於CNNP的片上存儲器，經過特殊設計後，數據在水平方向和垂直方向都可以被讀取；第二，它具有強大的計算能力，用1024個乘法器和累加器並行操作，且能在相互之間直接傳遞臨時的運算結果，無需訪問外部存儲器或者片上通信網絡；第三，CNN 算法中用到的二維濾波器的卷積運算，大致等同於一維濾波器的兩個連續運算，速度更快、功耗更低。
（圖片來源於：KAIST）
價值
CNNP芯片可以達到97%的準確率，而功耗只有GPU的1/5000。人臉識別運行時的功耗只有0.62毫瓦，所以它比GPU性能更高而功耗更低。
據稱，CNNP的功耗是相關人工智能芯片中最低的。因此，它受到了極大的關注，也為K-Eye系列人臉識別產品奠定了基礎。
下面，為大家介紹 K-Eye 系列產品的相關應用案例。
自動售貨機付款時的人臉認證：
（圖片來源於：KAIST）
（圖片來源於：KAIST）
（圖片來源於：KAIST）
警察進行巡檢時的人臉識別：
（圖片來源於：KAIST）
（圖片來源於：KAIST）
汽車門禁系統的人臉識別：
（圖片來源於：KAIST）
（圖片來源於：KAIST）
（圖片來源於：KAIST）
未來
根據 Yoo 教授的說法，人工智能處理器，未來將引領第四次工業革命。人工智能芯片的研發，在國家戰略的層面，具有重要的意義。
研究團隊和UX Factory公司準備在今年年底，讓K-Eye系列產品走向商用。
參考資料
【1】http://www.kaist.ac.kr/_prog/_board/?code=ed_news&mode=V&no=65402&upr_ntt_no=65402&site_dvs_cd=en&menu_dvs_cd=0601
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