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九天睿芯首款视觉存算一体计算芯片流片成功,可同时支持基于帧的相机和事件相机的处理

来源:九天睿芯

#九天睿芯#

09-28 08:20

早在1992年,中国工程院院士许居衍便预测,2014-2017年,人类将进入硅技术生命曲线上的拐点,即将进入“后摩尔时代”。现有冯诺依曼计算系统采用存储和运算分离的架构,存在“存储墙”与“功耗墙”瓶颈,严重制约了系统算力和能效的提升。人工智能的发展已经被算力不足,能效过低所约束和限制。

摩尔定律及AI算法算力的演进发展

冯诺依曼架构与存内计算对比 

早年兴起的AR/VR,也因为受限于算力,并未能完全打开市场。今年来全球顶尖大厂又开始开重视AR,继2014年脸书重金收购oculus,今年8月底字节重金收购pico。未来十年,互联网巨头必将在元宇宙这个数十万亿级的巨大市场展开漫长大战。而华为,小米,苹果,百度等,持续重金投入自动驾驶,国内新能源车企的兴盛,与海外特斯拉和传统车企的入局,自动驾驶标配的市场需求及行业布局已经非常明确。而深度学习的高强度运算,使芯片超高温发热,不仅影响芯片的持续算力稳定,也将影响芯片的使用寿命,影响行车安全,更使得未来的新能源汽车难以实现长效续航。基于精简控制,算力堆叠和数据流优化的微架构AI芯片创新已经难以为继;基于新器件和新架构来开发新的人工智能芯片就显得非常必要和急需,而这样新型架构的AI计算芯片才能满足日新月异的市场需求。

九天睿芯基于多年在全球领先的视觉领域感存算一体研究学习和实践积累,并和来自世界顶级图像传感器公司的研发合作和战略投资,已设计出可广泛应用于视觉领域的超高能效比(20Tops/W)基于SRAM的感存算一体架构芯片ADA20X。这是一款可应用于多种视觉场景的模数混合AI视觉芯片。该芯片存算核心单元已于2021年5月首次流片回片,近日已经完成性能验证。

由于神经元仅仅在累积到足够电荷数量之后才会激活,因此在大多数时间处于低功耗的待机状态,从而大大降低了功耗。或者从另一个角度上来说,神经拟态芯片仅仅在检测到有意义的事件后才会进行处理,从而大大降低了能量。所以神经拟态芯片又可以称为“事件驱动处理”芯片,但纯事件驱动的相机和处理会丢失一些静态的高精度信息。而九天睿芯的芯片,可以同时支持高精度的图像及高时间分辨率的事件处理。

综合来看,九天睿芯ADA20X具有以下几大优势和特性:

1、像人脑一样的存算一体架构,打破了冯诺依曼存储计算分离的计算架构所造成的“内存墙”的系统限制,这是类脑计算的核心突破。

2、高能效比,并且不会因计算任务的架构复杂化而功耗激增。这使得让计算耗电和散热两大难题找到新的解决方向。

3、可同时支持CNN和 Transformer及以SNN代表的类神经元计算架构,在未来AI发展之路上想象无限。并且具备架构灵活,阵列化计算效率不衰减等等优点。

4、在输入形式上,可以同时支持动态视觉传感器(aka事件相机)的event输入,也可以支持传统相机的图像输入。

5、配有基于存内计算的ISP,可同时支持事件和图像的预处理。

感存算一体架构与传统架构对比优势

ADA20X具有高度可定制性,可依据不同的市场需求,定制不同算力及接口的专用芯片,算力覆盖从0.3Tops-200Tops,但最低功耗却可低至μW级别,可以满足平板电脑、可穿戴、智能家居、AR/VR、电池供电IPC、ADAS等多种不同的视觉应用场景。相比传统数字AI视觉芯片,纯数字芯片的存内计算面积大(运算单元大),数据搬运功耗大,而ADA20X则具备数量级级别优势的超低功耗,是传统数字芯片功耗的约1/10, 更可以实现更高的能效比,针对电池供电类设备等一系列对超低功耗,高能效比的应用领域有无与伦比的架构先发技术优势。比如AR场景中的视频处理中的手势识别、眼球跟踪,高能效比的计算芯片可以极大的提高AR设备的使用时长,从而提升用户体验。这是感存算一体技术,作为后摩尔定律时代一个最为重要的技术突破方向,首次有实际商用芯片产品落地。

ADA20X实物图

今年6月九天睿芯也已完成了由韦豪创芯和浦东科创联合领投的亿元级人民币的A轮融资,公司首颗量产芯片ADA100获得国内多个战略级客户的高度认可。团队其他核心成员毕业于瑞士联邦理工、新加坡南洋理工大学、清华大学、北京大学、西安电子科技大学、电子科技大学等,并曾就职于华为、IMEC、Qualcomm、Intel、汇顶等半导体知名企业,在Neuromorphic Engineering(神经拟态工程)、芯片设计开发、神经网络及计算架构领域研发经验十数年。九天睿芯在深圳,上海,成都,瑞士均有研发中心,也期待更多半导体相关的海内外人才的加入,共同开拓后摩尔时代的新篇章。

Prof Tobi Delbruck, IEEE Fellow, ETH教授,事件相机发明人,九天睿芯科学顾问,博士毕业于加州理工神经拟态工程开拓者Carver Mead实验室,Insightness 联合创始人(被Sony收购), Inivation联合创始人(被三星投资):

It is a great step forwards for Reexen to have silicon for NPU with SRAM based mixed-signal in-memory computing. This field is crowded, but Reexen is one of only a handful that has silicon with this combination of features. Their partnership with such MRAM-capable fab is rare and  CEO Liu -- who focused on combined frame and event-based vision processing for her PhD at my group and already has a lot of experience as entrepreneur with a big network of connections -- has assembled a team led by the creative technical strength of CSO Yang, who has rich experience in mixed signal design for neuromorphic sensing and processing . The application of event-based vision and audio sensors needs efficient parallel processors especially for AR/VR. I look forward to seeing what this technology can concretely offer.

翻译:九天睿芯已经有了视觉应用的基于SRAM的模数混合的存内计算芯片,这是个大的里程碑。NPU方向虽然已经比较拥挤,但九天睿芯的芯片是少数不多的能够实现这种性能和同时支持事件及图像处理的。九天睿芯CEO刘洪杰,博士毕业于我的实验室,专注于事件与图像的融合处理,同时拥有很多人脉资源,聚集了首席科学家杨等带领的非常有创新能力的团队,具有丰富的混合信号神经拟态传感及处理芯片设计经验。 事件相机和事件语音传感器的应用需要非常高效的并行处理器,尤其是在AR/VR等的应用上, 我非常期待这个技术带来的影响。 

韦豪创新合伙人梁龙:

很高兴韦豪创芯于2021年领投了由刘洪杰博士创立的九天睿芯的A轮融资,在多次的产业链技术交流中,充分感受到九天睿芯在感存算一体技术积累实力和以及扎实的产品创新及落地能力。

韦豪创芯持续关注超低功耗解决方案在个人穿戴方向应用创新,随着AR/VR ,电池供电IPC,手表,TWS耳机市场的持续爆发,如何更好的支撑“always on“ 和长时间待机成为影响用户体验的关键功能,九天睿芯的基于SRAM的感存算一体技术给出了一个很好的路径,这个路径在目前的工艺基础上最具量产性而且可以达到比较高的计算精度和面积功耗效率,我们非常期待相关产品尽快落地,不断提高个人穿戴的用户体验。

上海韦豪创芯投资管理有限公司专注于泛半导体领域优质企业的股权投资。公司管理团队具备丰富的硬科技行业从业和投资经验,不断发现和赋能优秀的泛半导体领域高成长企业。目前公司着力于五大核心投资赛道:超越视觉、汽车半导体、可穿戴设备、电源及信号链以及集成电路制造装备及材料。

浦东科创海望基金CTO刘子青:

很高兴由浦东科创设立的私募基金,海望知识产权股权投资基金于2021年和韦豪共同领投了刘洪杰博士创立的九天睿芯的A轮融资,浦东科创浦东科创集团一直聚焦产业链最上游、价值链最高端和技术体系的最底层,深耕具有知识产权、壁垒足够高、难以模仿和复制的关键核心硬科技领域的投资,九天睿芯的感存算一体的技术,作为后摩尔定律时代一个最为重要的技术方向,非常符合我们浦东科创集团的投资理念。同时我们也注意到,九天睿芯团队汇聚了一批世界相关领域顶尖水准的科学家,他们不但具备国际化视野和国际合作经验的同时,也具备丰富的芯片量产经验,公司团队非常务实,从轻量级的语音智能信号链芯片起步,逐步过渡到更高算力的视觉处理芯片逐步迭代,从而完成感存算一体这个新型技术架构从科研到工业化应用的转换;

浦东科创介绍:

浦东科创集团是上海市浦东新区政府为推进有全球有影响力的科创中心建设,推动高科技产业发展出资设立的、专业从事创业投资、科技金融服务的国有大型企业集团。公司成立于1999年6月,是中国最早一批由地方政府出资设立的国有创业投资机构。公司旗下拥有4家市发改委备案的创投资质企业,已陆续投资了中微、盛美、晶晨、复旦张江、透景生命、奕瑞光、翱捷科技、芯原等一大批有行业影响力的半导体龙头企业、上市公司、独角兽企业,并参与管理了国家中小企业发展基金、上海市集成电路基金、人民浦东文创基金、上海市文化产业发展基金等。集团目前拥有强大的投资生态圈,广泛的产业和政府资源,深厚的投资关系网络,与交易所、投行、券商、基金、银行等有着紧密的合作关系。构建了从投资到退出的全产业链投资体系:累计投资基金59支,累计所投资基金规模超过1000亿元,已投资项目800多个;集团累计直接投资项目200多个,累计直接投资金额60亿元。

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