神經(jīng)網(wǎng)絡引擎是一種模仿動物神經(jīng)網(wǎng)絡行為特征，進行分布式并行信息處理的算法數(shù)學模型，這種網(wǎng)絡依靠系統(tǒng)的復雜程度，通過調整內部大量節(jié)點之間相互連接的關系，從而達到處理信息的目的。
神經(jīng)網(wǎng)絡引擎是通過對人腦的基本單元神經(jīng)元的建模和聯(lián)接，探索模擬人腦神經(jīng)系統(tǒng)功能的模型，并研制一種具有學習、聯(lián)想、記憶和模式識別等智能信息處理功能的人工系統(tǒng)，神經(jīng)網(wǎng)絡引擎的一個重要特性是它能夠從環(huán)境中學習，并把學習的結果分布存儲于網(wǎng)絡的突觸連接中，其學習是一個過程，在所處環(huán)境的激勵下，相繼給網(wǎng)絡輸入一些樣本模式，并按照一定的學習算法規(guī)則調整網(wǎng)絡各層的權值矩陣，待網(wǎng)絡各層權值都收斂到一定值，學習過程結束，然后可用生成的神經(jīng)網(wǎng)絡來對真實數(shù)據(jù)做分類。
蘋果A11神經(jīng)網(wǎng)絡引擎
蘋果在最新發(fā)布會上，公布了十周年版iPhone X，極大地吸引了人們的注意力。在iPhone X眾多特性中，使用面部識別FaceID代替原有的指紋識別TouchID進行屏幕解鎖和身份認證無疑是最大的亮點之一，這有可能成為蘋果對于手機交互進步的又一次推動。
FaceID使用了人工智能技術完成人臉三維建模中的特征提取，并且用這些特征配合算法來實現(xiàn)人臉識別?，F(xiàn)場演示中，F(xiàn)aceID人臉識別用戶體驗非常流暢，而在流暢體驗背后的功臣，則是A11 Bionic SoC上集成的人工智能加速器，蘋果官方稱之為“神經(jīng)網(wǎng)絡引擎(neural engine)”。
什么是人工智能加速器
我們首先來看一下什么是人工智能加速器。要理解人工智能加速器的概念，不妨先回顧一下GPU。在上世紀90年代，隨著多媒體應用，尤其是3D游戲的興起，人們發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)的CPU的架構對于這類需要高速圖形渲染的應用力不從心，原因是CPU在芯片上放了許多控制邏輯和緩存單元，真正留給計算單元的芯片面積反而不多。
這時候，人們設計了3D加速卡，以3dfx，Nvidia和ATI為代表的芯片公司在當年可以說是叱咤風云，而隨著時間和市場的變遷，3D加速卡的概念也慢慢過渡到了用來處理通用圖形計算甚至通用并行運算的GPU，而在今天市面上的獨立顯卡廠商也只剩下了Nvidia和ATI。
人工智能加速器和GPU很像，只是當年的驅動應用是多媒體和3D游戲，而今天的驅動應用則是人工智能，包括語音助手，人臉識別，物體識別等等。這一波興起的人工智能的基礎算法是神經(jīng)網(wǎng)絡，而神經(jīng)網(wǎng)絡會大量用到矩陣乘法以及卷積運算。又一次，人們發(fā)現(xiàn)CPU的運算能力無法支撐目前的人工智能運算了，而GPU雖然也能實現(xiàn)高速人工智能運算，但是功耗太大(為了移動應用設計的Nvidia TX2都要消耗10W之多的功耗)，于是，為了讓更多的移動設備能用上人工智能，人工智能加速器就應運而生了。
人工智能加速器通常是一塊專用的硬件單元，可以以單獨芯片或者SoC上的IP的形式存在。由于專門為人工智能加速設計，因此在處理此類運算時可以實現(xiàn)非常高的性能并且消耗很低的功耗。之前在華為公布的Kirin 970上，就集成了這樣一塊人工智能加速器，可見人工智能加速器正在越來越多地進入移動芯片市場。華為麒麟970上也集成了人工智能加速模塊
蘋果在人工智能硬件加速方面的布局
蘋果在人工智能這一重大風口自然不甘落后，在人工智能加速領域也早就有了布局。
看如今市場，Nvidia之所以能占據(jù)人工智能硬件的領頭羊位置，與其開放易用的CUDA接口方便程序員使用GPU加速人工智能不無關系。而在移動端，如何充分調用SoC上的GPU來加速人工智能一直讓開發(fā)者頗為頭痛。蘋果在之前就公布了Metal和Core ML兩個不同層面的接口可供開發(fā)者調用，以加速iOS平臺上的人工智能應用。公布軟件接口的另一目的，就是為了為專用硬件的開發(fā)積累經(jīng)驗，以實現(xiàn)軟硬件協(xié)同優(yōu)化。在今年五月，就有消息稱蘋果名為“神經(jīng)網(wǎng)絡引擎”的專用人工智能加速硬件已經(jīng)基本完成。而到了今天，蘋果則真正公開宣布了神經(jīng)網(wǎng)絡引擎。
A11神經(jīng)網(wǎng)絡引擎分析
蘋果在發(fā)布會上公布的關于神經(jīng)網(wǎng)絡引擎的信息包括：
使用雙核心設計。由于缺乏其他配套信息，從這條信息中我們能推測出的就是蘋果或許可以允許神經(jīng)網(wǎng)絡引擎的幾種使用模式，包括全關閉，只打開一個核，以及雙核全部打開，以滿足不同情況下的性能/功耗需求。
性能可達0.6TOPS。這樣的性能已經(jīng)能處理目前主流的神經(jīng)網(wǎng)絡模型計算?？梢姡壳?TOPS左右的處理性能將會成為人工智能加速器的標配。
實時處理。GPU處理人工智能運算時，另一個令人詬病的問題就是延遲大，因為GPU往往是基于塊數(shù)據(jù)(batch)處理，因此在需要實時作出反應的移動端并不適合。蘋果的神經(jīng)網(wǎng)絡引擎則強調了自己是實時處理這一點，顯然是為了與GPU作出區(qū)分，以配合移動端實時應用的需求。
除此之外，我們還能猜到神經(jīng)計算引擎是SoC上的一個IP模塊，而不是單獨的一塊芯片。
我們可以和其他包含類似加速模塊的芯片對比。華為的麒麟970包含了和蘋果神經(jīng)網(wǎng)絡引擎類似的人工智能加速模塊，其峰值性能可達1.93TOPS(為蘋果神經(jīng)網(wǎng)絡引擎的3倍多)，但是實際性能不等于峰值性能，還需要取決于軟硬件協(xié)同優(yōu)化效果。高通的梟龍系列包含Neural Processing Engine軟件SDK，能幫助開發(fā)者更好地利用高通芯片上的GPU/CPU/DSP完成人工智能加速。可以說，高通的方案相比華為和蘋果顯得較為保守(之前推出過Zeroth人工智能硬件加速模塊但是后來被放棄了)，但是在人工智能的大潮下估計高通也會在之后的芯片中加入相關人工智能加速器。
雖然發(fā)布會公布了不少信息，但是還有更多未知，需要時間去澄清。
最令人感興趣的問題，恐怕是神經(jīng)網(wǎng)絡引擎除了FaceID之外，還可以用在哪些其他的地方?由于FaceID對于實時性的需求不高(延遲在1秒內估計就能滿足客戶需求)，如果只為這個用途專門配一塊0.6TOPS的加速器就顯得太過奢侈了，因此神經(jīng)計算引擎應該還會在其他的場合能用上。那么，其他的應用場合又是哪些呢?是專供蘋果操作系統(tǒng)內部原生app使用，還是會開放給第三方app也能使用?目前這一切都還不得而知，但是蘋果打造神經(jīng)網(wǎng)絡引擎的野心肯定不止于FaceID。
到底有幾個版本A11 Bionic?如果只有一個包含神經(jīng)網(wǎng)絡引擎的版本，那么在不包含F(xiàn)aceID的iPhone 8上，神經(jīng)網(wǎng)絡引擎一定會要做一些其他事情。如果有兩個版本的A11 (含神經(jīng)網(wǎng)絡引擎的iPhone X版本和不含神經(jīng)網(wǎng)絡引擎的iPhone 8版本)，那么只能說蘋果錢太多，能一次設計兩個版本的芯片!
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