新型人臉識別系統：採用超低功耗人工智慧晶元！

科技 06-16

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慧晶元，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

人工智慧、人臉識別、半導體

背景

如今，人工智慧（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，人工智慧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慧的研發力度，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，都表現出對人工智慧的極大熱情，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慧方面不斷開拓，取得新的科技成果。

然而，目前人工智慧技術大多數還是專註於軟體層面，且運算速度較低。如果要將人工智慧要應用到移動設備，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慧半導體晶元，配合人工智慧軟體的運行。例如，谷歌開發出了高度定製化的、深度學習晶元TPU（Tensor Processing Unit），英偉達也在圍繞GPU晶元大力布局人工智慧。

然而，對於人工智慧晶元來說，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慧半導體晶元：CNNP（CNN 處理器），它能以超低功耗運行人工智慧程序。這些晶元由 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。

新型人臉識別系統：採用超低功耗人工智慧晶元！

（圖片來源於：KAIST）

另外，該科研團隊還在CNNP晶元基礎上，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。

新型人臉識別系統：採用超低功耗人工智慧晶元！

（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資料庫，從而很方便地進行人臉識別。

新型人臉識別系統：採用超低功耗人工智慧晶元！

（圖片來源於：KAIST）

另外一種是K-EyeQ（電子狗設備），它可以通過USB介面與智能手機或其他電子設備連接。

新型人臉識別系統：採用超低功耗人工智慧晶元！

（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」識別人臉的圖像感測器；
CNNP人臉識別晶元；

先介紹第一項關鍵技術，「隨時在線」的圖像感測器。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，這種人臉檢測感測器結合了模擬和數字處理技術。模擬處理器，結合了CMOS圖像感測器陣列，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。

新型人臉識別系統：採用超低功耗人工智慧晶元！

（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、演算法方面，採用卷積神經網路（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路；第三，CNN
演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。

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