邊緣人工智能（邊緣人工智能芯片）

大家好！今天讓創(chuàng)意嶺的小編來(lái)大家介紹下關(guān)于邊緣人工智能的問(wèn)題，以下是小編對(duì)此問(wèn)題的歸納整理，讓我們一起來(lái)看看吧。

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本文目錄:

• 1、AI駛?cè)搿案咚俾贰保航煌ˋI化的應(yīng)用場(chǎng)景與實(shí)例

• 2、推進(jìn)半導(dǎo)體技術(shù)發(fā)展的五大趨勢(shì)

• 3、人工智能是什么？那些產(chǎn)品算是人工智能的產(chǎn)品？

• 4、什么是人工智能

一、AI駛?cè)搿案咚俾贰保航煌ˋI化的應(yīng)用場(chǎng)景與實(shí)例

作者：崔雪薇

《中國(guó)交通信息化》記者 崔雪薇當(dāng)前，新一代通用技術(shù)的產(chǎn)業(yè)革命正在興起，為數(shù)字化、智能化生產(chǎn)和生活帶來(lái)了顛覆性的改變。經(jīng)歷了新一波的發(fā)展浪潮，人工智能（AI）已無(wú)所不在地滲透到人們的生產(chǎn)生活中，當(dāng)仁不讓地成為新一代通用技術(shù)的代表?！靶禄ā憋L(fēng)口下，圍繞“AI+”打造的新應(yīng)用、新業(yè)態(tài)、新模式不斷涌現(xiàn)，人工智能充分發(fā)揮了“頭雁”效應(yīng)。

作為“新基建”大潮的重要抓手，智能交通領(lǐng)域備受矚目，人工智能、5G、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等數(shù)字化技術(shù)為交通帶來(lái)的發(fā)展理念、管理模式和服務(wù)體驗(yàn)迎來(lái)了全局“智變”。如今，各地高速公路的智慧建設(shè)如火如荼，隨著全國(guó)高速公路正式邁進(jìn)“一張網(wǎng)”運(yùn)營(yíng)時(shí)代，AI在高速路上的應(yīng)用，駛?cè)肓烁咚侔l(fā)展階段。本文結(jié)合第二十二屆中國(guó)高速公路信息化大會(huì)上的經(jīng)驗(yàn)分享，對(duì)人工智能在智慧高速上的融合應(yīng)用進(jìn)行了簡(jiǎn)單梳理。

隨著撤站工作的圓滿收官，全國(guó)高速公路實(shí)現(xiàn)了“一張網(wǎng)”運(yùn)營(yíng)。在此形勢(shì)下，路段經(jīng)營(yíng)單位對(duì)運(yùn)營(yíng)管理產(chǎn)生了新的訴求：（1）希望在技術(shù)、服務(wù)、管控、協(xié)同等方面進(jìn)一步突破，推進(jìn)少人、無(wú)人化的“高效經(jīng)濟(jì)”收費(fèi)場(chǎng)景實(shí)現(xiàn)；（2）既要實(shí)現(xiàn)路段的精細(xì)化管理，又要做到通行費(fèi)應(yīng)收盡收，確保自身權(quán)益；（3）路段海量、多元的路網(wǎng)設(shè)備、設(shè)施急需智能化、自動(dòng)化技術(shù)的保障與支撐，確保邊、端設(shè)施安全、穩(wěn)定運(yùn)行。為解決上述痛點(diǎn)問(wèn)題，招商華軟信息有限公司依托“AI+云”技術(shù)，構(gòu)建智慧收費(fèi)2.0版本，全面賦能路段的收費(fèi)稽核、運(yùn)營(yíng)分析、運(yùn)維管理、運(yùn)行監(jiān)測(cè)及基礎(chǔ)收費(fèi)業(yè)務(wù)。

AI+云，突破嘗試

招商華軟打造了統(tǒng)一的智慧收費(fèi)云平臺(tái)，將收費(fèi)業(yè)務(wù)及相關(guān)運(yùn)管業(yè)務(wù)遷移上云，高效實(shí)現(xiàn)各業(yè)務(wù)之間的多維協(xié)同管理。在該平臺(tái)的賦能支撐下，還利用高智能的車道機(jī)器人為路段經(jīng)營(yíng)單位打造了無(wú)人收費(fèi)站解決方案。

無(wú)人收費(fèi)站是“AI+云”場(chǎng)景化應(yīng)用的突破性嘗試，是路段實(shí)現(xiàn)降本增效的實(shí)用舉措，也是智慧收費(fèi)發(fā)展的必經(jīng)階段。前端車道機(jī)器人的AI能力與云端智慧收費(fèi)云的統(tǒng)籌能力相結(jié)合，極大提升了目前車道收費(fèi)的服務(wù)價(jià)值。

無(wú)人收費(fèi)，彰顯智能

車道機(jī)器人是無(wú)人收費(fèi)站的智能化前端AI設(shè)備，整機(jī)通過(guò)集成車道收費(fèi)所需的多種硬件模塊，輔以人機(jī)交互工程設(shè)計(jì)，借助邊緣計(jì)算、智能語(yǔ)音、4G/5G等技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)收費(fèi)站現(xiàn)場(chǎng)無(wú)人化自助收費(fèi)和特情自動(dòng)化處理。

無(wú)人收費(fèi)站解決方案實(shí)現(xiàn)了前端設(shè)備智能化、現(xiàn)場(chǎng)支撐全面化、后臺(tái)系統(tǒng)智慧化、運(yùn)營(yíng)投入經(jīng)濟(jì)化。相對(duì)于傳統(tǒng)的無(wú)人收費(fèi)模式，其具備以下突出能力：適用于多種車道應(yīng)用場(chǎng)景的收費(fèi)模式，如ETC收費(fèi)、MTC收費(fèi)、混合收費(fèi)等，支持ETC卡、微信、支付寶、云閃付等多種非現(xiàn)金支付手段，未來(lái)將具備接受現(xiàn)金支付的能力；集成人工智能單元，支持與車主進(jìn)行智能語(yǔ)音交互，在現(xiàn)場(chǎng)無(wú)人介入的情況下也能快速定位用戶問(wèn)題，為車主提供便捷有效的客戶服務(wù)；同時(shí)，可大幅減少路段經(jīng)營(yíng)管理單位的人力成本支出。

示范應(yīng)用，加速落地

目前，招商華軟智慧收費(fèi)云平臺(tái)已經(jīng)在招商公路廣西桂林公司及周邊路段落地應(yīng)用，且運(yùn)行效果良好，基本滿足了日常收費(fèi)、監(jiān)控、稽查分析和運(yùn)維工作的需要，極大提升了路段的運(yùn)管工作效率。佛山一環(huán)西龍收費(fèi)站北行出口收費(fèi)廣場(chǎng)已開通無(wú)人收費(fèi)的機(jī)器人示范車道；哈大高速各條車道的車道機(jī)器人也已安裝完成并投入使用。

在實(shí)際的車道收費(fèi)應(yīng)用中，95%的收費(fèi)業(yè)務(wù)均可以通過(guò)車道機(jī)器人的高智慧邏輯處理能力來(lái)完成。對(duì)于不到1%的需要現(xiàn)場(chǎng)處理的問(wèn)題，可通過(guò)步兵式作業(yè)工具“綜合服務(wù)回控終端”提供服務(wù)。

2019年11月13日，交通運(yùn)輸部辦公廳發(fā)布《全國(guó)高速公路視頻聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測(cè)工作實(shí)施方案》和《全國(guó)高速公路視頻聯(lián)網(wǎng)技術(shù)要求》，提出加快推進(jìn)“可視、可測(cè)、可控、可服務(wù)”的高速公路運(yùn)行監(jiān)測(cè)體系建設(shè)，深入研究人工智能等先進(jìn)技術(shù)在視頻聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用，在2021年6月實(shí)現(xiàn)智慧監(jiān)測(cè)。視頻監(jiān)控為運(yùn)營(yíng)管理效率和公共服務(wù)能力提升發(fā)揮了積極的作用，隨著海量視頻數(shù)據(jù)的不斷累積，如何實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)檢測(cè)、動(dòng)態(tài)監(jiān)視、智能控制、及時(shí)服務(wù)、準(zhǔn)確預(yù)測(cè)的智慧監(jiān)測(cè)成為當(dāng)前技術(shù)領(lǐng)域面臨的重要挑戰(zhàn)。山西交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院的張海亮博士依托山西高速的視頻聯(lián)網(wǎng)建設(shè)，分享了AI技術(shù)在高速公路視頻云聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用。

深度學(xué)習(xí)，大顯身手

從架構(gòu)來(lái)看，高速公路視頻聯(lián)網(wǎng)采用云、邊、端三層架構(gòu)。其中，邊緣智能分析系統(tǒng)采用新一代視頻交通事件智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，具備隨時(shí)接入、實(shí)時(shí)分析、實(shí)時(shí)報(bào)警、準(zhǔn)確率高等特點(diǎn)。隨著數(shù)據(jù)的不斷積累，系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間越長(zhǎng)，識(shí)別算法越智能，檢測(cè)準(zhǔn)確率越高。基于深度學(xué)習(xí)技術(shù)，系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)以下功能。

交通事件及交通流檢測(cè)：采用基于深度學(xué)習(xí)技術(shù)的多目標(biāo)檢測(cè)、目標(biāo)跟蹤算法，通過(guò)接入高速視頻云聯(lián)網(wǎng)的視頻數(shù)據(jù)，邊緣智能分析系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)道路擁堵、交通事故、車輛逆行、違規(guī)停車、行人闖入、拋灑物、變道、施工、煙火、團(tuán)霧、占用應(yīng)急車道等交通事件，以及交通流量、交通參數(shù)等交通態(tài)勢(shì)的分析。車輛結(jié)構(gòu)化分析：通過(guò)智能算法，提取車輛特征數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)車輛結(jié)構(gòu)化分析，應(yīng)用于車輛研判、違法處罰、逃費(fèi)檢測(cè)、收費(fèi)稽查等業(yè)務(wù)。視頻質(zhì)量診斷：通過(guò)圖像識(shí)別算法，進(jìn)行視頻畫面質(zhì)量診斷分析，巡檢評(píng)估外場(chǎng)設(shè)備狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備問(wèn)題，快速應(yīng)對(duì)。

數(shù)據(jù)分析，高效管理

省級(jí)云平臺(tái)通過(guò)“AI+大數(shù)據(jù)”技術(shù)，融合路段視頻數(shù)據(jù)、邊緣智能分析系統(tǒng)的海量感知數(shù)據(jù)，通過(guò)海量數(shù)據(jù)模型訓(xùn)練和深度學(xué)習(xí)，進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)挖掘、綜合研判，實(shí)現(xiàn)智能監(jiān)管、交通態(tài)勢(shì)分析、預(yù)測(cè)預(yù)警、應(yīng)急處置等智慧監(jiān)測(cè)應(yīng)用。同時(shí)，通過(guò)數(shù)據(jù)門戶向外部系統(tǒng)和應(yīng)用提供數(shù)據(jù)目錄、API、數(shù)據(jù)應(yīng)用和可視化展示。

高速公路視頻聯(lián)網(wǎng)后的大數(shù)據(jù)分析不僅能夠?qū)崿F(xiàn)行業(yè)運(yùn)行態(tài)勢(shì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、預(yù)測(cè)預(yù)警，還能夠?yàn)樾袠I(yè)運(yùn)營(yíng)管理決策提供科學(xué)依據(jù)，也能夠?qū)β毮芎蜆I(yè)務(wù)流程監(jiān)管、分權(quán)分域管理、可視化業(yè)務(wù)展示提供數(shù)據(jù)支撐，提高運(yùn)營(yíng)管理效率。在邏輯架構(gòu)上，基于AI的省級(jí)智能預(yù)警平臺(tái)與省級(jí)視頻云平臺(tái)一同部署在省中心，基于前端信息采集終端設(shè)備、路段視頻上云、視頻大數(shù)據(jù)智能分析應(yīng)用平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)云聯(lián)網(wǎng)視頻數(shù)據(jù)的融合應(yīng)用。

試點(diǎn)山西，成效顯著

近些年來(lái)，山西高速一直積極開展高速公路智能運(yùn)行監(jiān)測(cè)相關(guān)研究，特別是對(duì)高速公路視頻聯(lián)網(wǎng)智能分析系統(tǒng)和平臺(tái)做了大量基礎(chǔ)性工作?；贏I的智能平臺(tái)在具體實(shí)際應(yīng)用中取得了理想的效果。系統(tǒng)平臺(tái)建設(shè)以最先進(jìn)的高性能GPU集群為物理載體，首創(chuàng)分布式深度學(xué)習(xí)算法及多任務(wù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，極大地提升了系統(tǒng)的精準(zhǔn)性和并行效率，使系統(tǒng)具備極高的先進(jìn)性，體現(xiàn)在以下4個(gè)方面。

（1）見多識(shí)廣，通過(guò)對(duì)海量訓(xùn)練樣本的深度學(xué)習(xí)，以及隨著系統(tǒng)部署、應(yīng)用的增加，系統(tǒng)準(zhǔn)確性越來(lái)越高。（2）平臺(tái)先進(jìn)，系統(tǒng)采用了基于數(shù)據(jù)流的大數(shù)據(jù)計(jì)算引擎Yita，使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分布式訓(xùn)練平臺(tái)，提高了收斂速度，縮短了訓(xùn)練時(shí)長(zhǎng)，提高了模型迭代效率。（3）算法超前，研究開發(fā)了多種算法，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)交通事件、車輛信息的準(zhǔn)確識(shí)別。（4）持續(xù)進(jìn)化，在具體系統(tǒng)應(yīng)用過(guò)程中，系統(tǒng)檢測(cè)結(jié)果通過(guò)人工確認(rèn)后，不斷增加正負(fù)樣本，可以持續(xù)學(xué)習(xí)，不斷進(jìn)化。

福建省高速公路信息 科技 有限公司的黃來(lái)榮高級(jí)工程師在會(huì)上分享了福建省基于人工智能和物聯(lián)網(wǎng)的省級(jí)聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)運(yùn)行監(jiān)測(cè)系統(tǒng)方案。省界收費(fèi)站取消后，ETC費(fèi)顯系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化，福建省聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)系統(tǒng)整體運(yùn)行平穩(wěn)。聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)對(duì)運(yùn)行監(jiān)測(cè)依賴度高，主要體現(xiàn)為在線計(jì)費(fèi)、狀態(tài)名單同步、全網(wǎng)最小費(fèi)額下發(fā)、門架計(jì)費(fèi)模塊升級(jí)等，存在點(diǎn)多面廣、監(jiān)測(cè)內(nèi)容多、設(shè)備種類復(fù)雜、運(yùn)行監(jiān)測(cè)要求高等難點(diǎn)。因此，需要有一套系統(tǒng)的工具對(duì)車道、門架、后端系統(tǒng)進(jìn)行快速問(wèn)題診斷，提高系統(tǒng)運(yùn)維效率和準(zhǔn)確性。福建省高速公路將原有的收費(fèi)運(yùn)維管理系統(tǒng)、ETC車道運(yùn)行監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和ETC門架運(yùn)行監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行融合，已成功上線福建省高速公路聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)運(yùn)行監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，保障了聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)各層級(jí)系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

目標(biāo)明確，功能完備

省級(jí)聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)運(yùn)行監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè)主要圍繞以下4個(gè)目標(biāo)：提升ETC客戶服務(wù)水平；保障單位和多省交易，實(shí)現(xiàn)“分段計(jì)費(fèi)，出口統(tǒng)一收費(fèi)”；促進(jìn)廠商提升產(chǎn)品質(zhì)量和售后服務(wù)水平；提高日常機(jī)電維護(hù)水平。

建設(shè)內(nèi)容有：車道系統(tǒng)運(yùn)行監(jiān)測(cè)，包括車道設(shè)備監(jiān)測(cè)、車道工控機(jī)監(jiān)測(cè)、車道數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)、車道交易監(jiān)測(cè)；門架系統(tǒng)運(yùn)行監(jiān)測(cè)，包括ETC門架設(shè)備監(jiān)測(cè)、門架主機(jī)監(jiān)測(cè)、門架數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)、車道交易監(jiān)測(cè)；后端系統(tǒng)運(yùn)行監(jiān)測(cè)，包括后端設(shè)備監(jiān)測(cè)、后端主機(jī)監(jiān)測(cè)、后端應(yīng)用監(jiān)測(cè)、后端數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)；系統(tǒng)告警，包括分級(jí)分類告警、嚴(yán)重告警置頂提示、告警推送；運(yùn)行監(jiān)測(cè)工具，包括系統(tǒng)升級(jí)類檢查工具、參數(shù)下發(fā)類檢查工具、故障診斷類檢查工具。

智能分析，科學(xué)預(yù)警

系統(tǒng)使用NumPy、Pandas和基于機(jī)器學(xué)習(xí)的scikits-learn等組件，可通過(guò)決策樹回歸算法分析故障原因；通過(guò)k-means聚類算法尋找離群點(diǎn)，分析并預(yù)測(cè)門架或車道 健康 狀態(tài)；通過(guò)樸素貝葉斯算法預(yù)測(cè)設(shè)備故障，需提前進(jìn)行設(shè)備養(yǎng)護(hù)，從而進(jìn)行如下智能分析。

1、廠商主題分析按設(shè)備廠商進(jìn)行分類，統(tǒng)計(jì)交易成功率、捕獲率、異常量等數(shù)據(jù)，促進(jìn)設(shè)備廠商提供高品質(zhì)產(chǎn)品、提升售后服務(wù)水平。2、用戶主題分析（1）同行介質(zhì)狀態(tài)：提示OBU低電、鎖死、損壞或即將超出有效期待等。（2）充值提醒：當(dāng)儲(chǔ)值卡低于用戶常規(guī)形成一定比例時(shí)進(jìn)行充值提醒。（3）新狀態(tài)名單提醒：當(dāng)用戶被列入狀態(tài)名單時(shí)進(jìn)行提醒。（4）形成規(guī)律結(jié)合用戶服務(wù)：根據(jù)用戶的形成規(guī)律，提供路況信息、沿途服務(wù)（如服務(wù)區(qū)）信息等。（5）連續(xù)異常提醒：當(dāng)某一OBU在車道和門架上異常交易達(dá)到某一閾值時(shí)進(jìn)行用戶提醒，召回檢查。3、故障預(yù)測(cè)預(yù)警（1）車道系統(tǒng)故障預(yù)測(cè)：通行效率下降、異常交易比例提高可能預(yù)示著車道系統(tǒng)故障；車道車牌識(shí)別率下降可能預(yù)示著牌識(shí)故障或需要進(jìn)行維護(hù)調(diào)優(yōu)。（2）門架系統(tǒng)故障預(yù)警：門架異常交易比例提高、捕獲率降低通常預(yù)示著門架系統(tǒng)出現(xiàn)故障；某一車道的RSU或牌識(shí)捕獲率下降通常預(yù)示著該設(shè)備故障或需要進(jìn)行及時(shí)維護(hù)。（3）設(shè)備與環(huán)境關(guān)聯(lián)預(yù)警：通過(guò)聚類分析或關(guān)聯(lián)因素分析，識(shí)別設(shè)備與環(huán)境的規(guī)律關(guān)系，如跳電與雷雨天氣的關(guān)系、車牌識(shí)別率與天氣的關(guān)系等。

隧道存在空間封閉、事故多發(fā)、處置困難、防控薄弱等痛點(diǎn)，亟待在現(xiàn)有技術(shù)基礎(chǔ)上開發(fā)新的隧道風(fēng)險(xiǎn)防控技術(shù)與裝置。在“新基建”的東風(fēng)下，一套支持動(dòng)態(tài)巡航、兼顧高精度與實(shí)時(shí)性的智能交通巡檢系統(tǒng)平臺(tái)應(yīng)運(yùn)而生。重慶交通大學(xué)的馬慶祿副教授在會(huì)上對(duì)該平臺(tái)進(jìn)行了介紹，該平臺(tái)能夠?qū)崿F(xiàn)滲水檢測(cè)、裂縫檢測(cè)、隧道內(nèi)環(huán)境檢測(cè)；實(shí)現(xiàn)交通事故巡檢，交通運(yùn)行狀態(tài)、重要交通基礎(chǔ)設(shè)施以及交通量、車速等交通參數(shù)的實(shí)時(shí)檢測(cè)及分析處理。檢測(cè)精度均大于80%。

融合創(chuàng)新，提質(zhì)升級(jí)

作為該平臺(tái)的前端設(shè)備，隧道云智能巡檢機(jī)器人融合了人工智能、5G、虛擬現(xiàn)實(shí)、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，依托高端 科技 手段，提質(zhì)升級(jí)隧道智慧管養(yǎng)水平，積極響應(yīng)國(guó)家的“新基建”政策。

隧道云智能巡檢機(jī)器人采用邊緣人工智能技術(shù)，與傳統(tǒng)的基于云的計(jì)算方式相比，該技術(shù)在計(jì)算和信息生成源的物理接近性方面帶來(lái)了低延遲、能量高效、隱私保護(hù)、帶寬占用減少、及時(shí)性和環(huán)境敏感性高等優(yōu)勢(shì)，使隧道巡檢機(jī)器人感知更敏捷，風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別與應(yīng)急決策更智能。5G具有大帶寬、低延時(shí)的傳輸能力，平臺(tái)建立基于邊緣設(shè)備的區(qū)域性高速容量5G傳輸網(wǎng)絡(luò)，集成紅外熱像儀、激光/毫米波雷達(dá)、高清全景攝像機(jī)等各種尖端技術(shù)， 探索 5G網(wǎng)絡(luò)在公路隧道中的應(yīng)用示范。

智能巡檢，安全高效

云智能巡檢機(jī)器人助力“新基建”與“交通強(qiáng)國(guó)”加速推進(jìn)，實(shí)現(xiàn)路橋隧全天候、無(wú)人值守下的智能巡檢，可最大限度提高隧道安全性。相比傳統(tǒng)人工巡檢，其具有以下優(yōu)勢(shì)：

（1）通過(guò)云智能機(jī)器人將照明、通風(fēng)、消防等機(jī)電系統(tǒng)網(wǎng)聯(lián)于一體，實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)聯(lián)控；（2）利用機(jī)器人配載激光雷達(dá)、熱像儀等傳感器，對(duì)裂縫、滲漏等災(zāi)害動(dòng)態(tài)感知；（3）機(jī)器人可以第一時(shí)間抵達(dá)現(xiàn)場(chǎng)，實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程交通監(jiān)控、應(yīng)急救援與疏散指揮。

2020年一場(chǎng)突如其來(lái)的疫情對(duì)“新基建”提出了非常迫切的要求。疫情的遠(yuǎn)程化、無(wú)接觸、智能化應(yīng)對(duì)刺激了新的市場(chǎng)需求，倒逼傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)加快數(shù)字化轉(zhuǎn)型的步伐，智能交通的建設(shè)也因此成為城市發(fā)展實(shí)打?qū)嵉膭傂琛Ｗ鳛椤靶禄ā钡闹饕獌?nèi)容，以人工智能為代表的“云大物移智”等新技術(shù)的深度融合碰撞，形成了新一代信息基礎(chǔ)設(shè)施的核心能力。交通AI化是大勢(shì)所趨，除本文所述內(nèi)容，AI在城市公共交通、自動(dòng)駕駛等領(lǐng)域同樣發(fā)揮了不容小覷的作用。在智慧高速領(lǐng)域，AI在云、管、邊、端全面賦能，給收費(fèi)、稽核、監(jiān)控等應(yīng)用場(chǎng)景帶來(lái)了全新升級(jí)，駛?cè)敫咚?，上橋入隧，無(wú)所不在。 科技 的迭代速度令人瞠目，5G浪潮迅猛來(lái)襲，流量的爆發(fā)將帶動(dòng)數(shù)據(jù)處理分析能力的發(fā)展，人工智能也將迎來(lái)新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。隨著新一代信息技術(shù)的飛速發(fā)展，條條大路都將被賦予強(qiáng)大的顛覆性力量，通向無(wú)邊無(wú)界的智能未來(lái)。

（原文刊載于2021年第3期《中國(guó)交通信息化》）

二、推進(jìn)半導(dǎo)體技術(shù)發(fā)展的五大趨勢(shì)

過(guò)去幾十年，全球半導(dǎo)體行業(yè)增長(zhǎng)主要受臺(tái)式機(jī)、筆記本電腦和無(wú)線通信產(chǎn)品等尖端電子設(shè)備的需求，以及基于云計(jì)算興起的推動(dòng)。這些增長(zhǎng)將繼續(xù)為高性能計(jì)算市場(chǎng)領(lǐng)域開發(fā)新應(yīng)用程序。

首先，5G將讓數(shù)據(jù)量呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)。我們需要越來(lái)越多的服務(wù)器來(lái)處理和存儲(chǔ)這些數(shù)據(jù)。2020年Yole報(bào)告，這些服務(wù)器核心的高端CPU和GPU的復(fù)合年增長(zhǎng)率有望達(dá)到29%。它們將支持大量的數(shù)據(jù)中心應(yīng)用，比如超級(jí)計(jì)算和高性能計(jì)算服務(wù)。在云 游戲 和人工智能等新興應(yīng)用的推動(dòng)下，GPU預(yù)計(jì)將實(shí)現(xiàn)更快增長(zhǎng)。例如，2020年3月，互聯(lián)網(wǎng)流量增長(zhǎng)了近50%，法蘭克福的商業(yè)互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)交換創(chuàng)下了數(shù)據(jù)吞吐量超過(guò)每秒9.1兆兆位的新世界紀(jì)錄。

第二個(gè)主要驅(qū)動(dòng)因素是移動(dòng)SoC——智能手機(jī)芯片。這個(gè)細(xì)分市場(chǎng)增長(zhǎng)雖然沒(méi)有那么快, 但這些SoC在尺寸受限的芯片領(lǐng)域?qū)Ω喙δ艿男枨螅瑢⑼苿?dòng)進(jìn)一步技術(shù)創(chuàng)新。

除了邏輯、內(nèi)存和3D互聯(lián)的傳統(tǒng)維度擴(kuò)展之外，這些新興應(yīng)用程序?qū)⑿枰每珙I(lǐng)域的創(chuàng)新。這需要在器件、塊和SoC級(jí)別進(jìn)行新模塊、新材料和架構(gòu)的改變，以實(shí)現(xiàn)在系統(tǒng)級(jí)別的效益。我們將這些創(chuàng)新歸納為半導(dǎo)體技術(shù)的五大發(fā)展趨勢(shì)。

趨勢(shì)一:摩爾定律還有用，將為半導(dǎo)體技術(shù)續(xù)命8到10年…

在接下來(lái)的8到10年里，CMOS晶體管的密度縮放將大致遵循摩爾定律。這將主要通過(guò)EUV模式和引入新器件架構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)邏輯標(biāo)準(zhǔn)單元縮放。

在7nm技術(shù)節(jié)點(diǎn)上引入了極紫外(EUV)光刻，可在單個(gè)曝光步驟中對(duì)一些最關(guān)鍵的芯片結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。在5nm技術(shù)節(jié)點(diǎn)之外(即關(guān)鍵線后端(BEOL)金屬節(jié)距低于28-30nm時(shí))，多模式EUV光刻將不可避免地增加了晶圓成本。最終，我們希望高數(shù)值孔徑(High-NA) EUV光刻技術(shù)能夠用于行業(yè)1nm節(jié)點(diǎn)的最關(guān)鍵層上。這種技術(shù)將推動(dòng)這些層中的一些多圖案化回到單圖案化，從而提供成本、產(chǎn)量和周期時(shí)間的優(yōu)勢(shì)。

Imec對(duì)隨機(jī)缺陷的研究對(duì)EUV光刻技術(shù)的發(fā)展具有重要意義。隨機(jī)打印故障是指隨機(jī)的、非重復(fù)的、孤立的缺陷，如微橋、局部斷線、觸點(diǎn)丟失或合并。改善隨機(jī)缺陷可使用低劑量照射，從而提高吞吐量和成本。

為了加速高NA EUV的引入，我們正在安裝Attolab，它可以在高NA EUV工具面世之前測(cè)試一些關(guān)鍵的高NA EUV材料(如掩膜吸收層和電阻)。目前Attolab已經(jīng)成功地完成了第一階段安裝，預(yù)計(jì)在未來(lái)幾個(gè)月將出現(xiàn)高NA EUV曝光。

除了EUV光刻技術(shù)的進(jìn)步之外，如果沒(méi)有前沿線端(FEOL)設(shè)備架構(gòu)的創(chuàng)新，摩爾定律就無(wú)法延續(xù)。如今，F(xiàn)inFET是主流晶體管架構(gòu)，最先進(jìn)的節(jié)點(diǎn)在6T標(biāo)準(zhǔn)單元中有2個(gè)鰭。然而，將鰭片長(zhǎng)度縮小到5T標(biāo)準(zhǔn)單元會(huì)導(dǎo)致鰭片數(shù)量減少，標(biāo)準(zhǔn)單元中每個(gè)設(shè)備只有一個(gè)鰭片，導(dǎo)致設(shè)備的單位面積性能急劇下降。這里，垂直堆疊納米薄片晶體管被認(rèn)為是下一代設(shè)備，可以更有效地利用設(shè)備占用空間。另一個(gè)關(guān)鍵的除垢助推器是埋地動(dòng)力軌(BPR)。埋在芯片的FEOL而不是BEOL，這些BPR將釋放互連資源路由。

將納米片縮放到2nm一代將受到n-to-p空間約束的限制。Imec設(shè)想將Forksheet作為下一代設(shè)備。通過(guò)用電介質(zhì)墻定義n- p空間，軌道高度可以進(jìn)一步縮放。與傳統(tǒng)的HVH設(shè)計(jì)相反，另一個(gè)有助于提高路由效率的標(biāo)準(zhǔn)單元架構(gòu)發(fā)展是針對(duì)金屬線路的垂直-水平-垂直(VHV)設(shè)計(jì)。最終通過(guò)互補(bǔ)場(chǎng)效應(yīng)晶體管(CFET)將標(biāo)準(zhǔn)cell縮小到4T，之后充分利用cell層面上的第三維度，互補(bǔ)場(chǎng)效應(yīng)晶體管通過(guò)將n-場(chǎng)效應(yīng)晶體管與p-場(chǎng)效應(yīng)晶體管折疊。

趨勢(shì)2: 在固定功率下，邏輯性能的提高會(huì)慢下來(lái)

有了上述的創(chuàng)新，我們期望晶體管密度能遵循摩爾所規(guī)劃的路徑。但是在固定電源下，節(jié)點(diǎn)到節(jié)點(diǎn)的性能改進(jìn)——被稱Dennard縮放比例定律，Dennard縮放比例定律（Dennard scaling）表明，隨著晶體管變得越來(lái)越小，它們的功率密度保持不變，因此功率的使用與面積成比例；電壓和電流的規(guī)模與長(zhǎng)度成比例。

世界各地的研究人員都在尋找方法來(lái)彌補(bǔ)這種減速，并進(jìn)一步提高芯片性能。上述埋地電力軌道預(yù)計(jì)將提供一個(gè)性能提高在系統(tǒng)水平由于改進(jìn)的電力分配。此外，imec還著眼于在納米片和叉片裝置中加入應(yīng)力，以及提高中線的接觸電阻(MOL)。

二維材料如二硫化鎢(WS2)在通道中有望提高性能，因?yàn)樗鼈儽萐i或SiGe具有更強(qiáng)的柵長(zhǎng)伸縮能力。其中基于2d的設(shè)備架構(gòu)包括多個(gè)堆疊的薄片非常有前景，每個(gè)薄片被一個(gè)柵極堆疊包圍并從側(cè)面接觸。模擬表明，這些器件在1nm節(jié)點(diǎn)或更大節(jié)點(diǎn)上比納米片的性能更好。為了進(jìn)一步改善這些器件的驅(qū)動(dòng)電流，我們著重改善通道生長(zhǎng)質(zhì)量，在這些新材料中加入摻雜劑和提高接觸電阻。我們?cè)噲D通過(guò)將物理特性(如生長(zhǎng)質(zhì)量)與電氣特性相關(guān)聯(lián)來(lái)加快這些設(shè)備的學(xué)習(xí)周期。

除了FEOL, 走線擁擠和BEOL RC延遲，這些已經(jīng)成為性能改善的重要瓶頸。為了提高通徑電阻，我們正在研究使用Ru或Mo的混合金屬化。我們預(yù)計(jì)半鑲嵌(semi-damascene)金屬化模塊可同時(shí)改善緊密距金屬層的電阻和電容。半鑲嵌(semi-damascene) 可通過(guò)直接模式和使用氣隙作為介電在線路之間(控制電容增加)

允許我們?cè)黾訉捀弑鹊慕饘倬€(以降低電阻)。同時(shí)，我們篩選了各種替代導(dǎo)體，如二元合金，它作為‘good old’ Cu的替代品，以進(jìn)一步降低線路電阻。

趨勢(shì)3:3D技術(shù)使更多的異構(gòu)集成成為可能

在工業(yè)領(lǐng)域，通過(guò)利用2.5D或3D連接的異構(gòu)集成來(lái)構(gòu)建系統(tǒng)。這些有助于解決內(nèi)存問(wèn)題，可在受形狀因素限制的系統(tǒng)中添加功能，或提高大型芯片系統(tǒng)的產(chǎn)量。隨著邏輯PPAC(性能-區(qū)域-成本)的放緩，SoC 的智能功能分區(qū)可以提供另一個(gè)縮放旋鈕。一個(gè)典型的例子是高帶寬內(nèi)存棧(HBM)，它由堆疊的DRAM芯片組成，這些芯片通過(guò)短的interposer鏈路直接連接到處理器芯片，例如GPU或CPU。最典型的案例是Intel Lakefield CPU上的模對(duì)模堆疊， AMD 7nm Epyc CPU。在未來(lái)，我們希望看到更多這樣的異構(gòu)SOC，它是提高芯片性能的最佳橋梁。

在imec，我們通過(guò)利用我們?cè)诓煌I(lǐng)域(如邏輯、內(nèi)存、3D…)所進(jìn)行的創(chuàng)新，在SoC級(jí)別帶來(lái)了一些好處。為了將技術(shù)與系統(tǒng)級(jí)別性能聯(lián)系起來(lái)，我們建立了一個(gè)名為S-EAT的框架(用于實(shí)現(xiàn)高級(jí)技術(shù)的系統(tǒng)基準(zhǔn)測(cè)試)。這個(gè)框架可評(píng)估特定技術(shù)對(duì)系統(tǒng)級(jí)性能的影響。例如:我們能從緩存層次結(jié)構(gòu)較低級(jí)別的片上內(nèi)存的3D分區(qū)中獲益嗎?如果SRAM被磁存儲(chǔ)器(MRAM)取代，在系統(tǒng)級(jí)會(huì)發(fā)生什么?

為了能夠在緩存層次結(jié)構(gòu)的這些更深層次上進(jìn)行分區(qū)，我們需要一種高密度的晶片到晶片的堆疊技術(shù)。我們已經(jīng)開發(fā)了700nm間距的晶圓-晶圓混合鍵合，相信在不久的將來(lái)，鍵合技術(shù)的進(jìn)步將使500nm間距的鍵合成為可能。

通過(guò)3D集成技術(shù)實(shí)現(xiàn)異質(zhì)集成。我們已經(jīng)開發(fā)了一種基于sn的微突起互連方法，互連間距降低到7µm。這種高密度連接充分利用了透硅通孔技術(shù)的潛力，使>16x更高的三維互聯(lián)密度在模具之間或模具與硅插接器之間成為可能。這樣就大大降低了對(duì)HBM I/O接口的SoC區(qū)域需求(從6 mm2降至1 mm2)，并可能將HBM內(nèi)存棧的互連長(zhǎng)度縮短至多1 mm。使用混合銅鍵合也可以將模具直接與硅結(jié)合。我們正在開發(fā)3µm間距的模具到晶圓的混合鍵合，它具有高公差和放置精度。

由于SoC變得越來(lái)越異質(zhì)化，一個(gè)芯片上的不同功能(邏輯、內(nèi)存、I/O接口、模擬…)不需要來(lái)自單一的CMOS技術(shù)。對(duì)不同的子系統(tǒng)采用不同的工藝技術(shù)來(lái)優(yōu)化設(shè)計(jì)成本和產(chǎn)量可能更有利。這種演變也可以滿足更多芯片的多樣化和定制化需求。

趨勢(shì)4:NAND和DRAM被推到極限;非易失性存儲(chǔ)器正在興起

內(nèi)存芯片市場(chǎng)預(yù)測(cè)顯示，2020年內(nèi)存將與2019年持平——這一變化可能部分與COVID-19減緩有關(guān)。2021年后，這個(gè)市場(chǎng)有望再次開始增長(zhǎng)。新興非易失性存儲(chǔ)器市場(chǎng)預(yù)計(jì)將以>50%的復(fù)合年增長(zhǎng)率增長(zhǎng)，主要受嵌入式磁隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(MRAM)和獨(dú)立相變存儲(chǔ)器(PCM)的需求推動(dòng)。

NAND存儲(chǔ)將繼續(xù)遞增，在未來(lái)幾年內(nèi)可能不會(huì)出現(xiàn)顛覆性架構(gòu)變化。當(dāng)今最先進(jìn)的NAND產(chǎn)品具有128層存儲(chǔ)能力。由于晶片之間的結(jié)合，可能會(huì)產(chǎn)生更多的層，從而使3D擴(kuò)展繼續(xù)下去。Imec通過(guò)開發(fā)像釕這樣的低電阻字線金屬，研究備用存儲(chǔ)介質(zhì)堆，提高通道電流，并確定控制壓力的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)這一路線圖。我們還專注于用更先進(jìn)的FinFET器件取代NAND外圍的平面邏輯晶體管。我們正在 探索 3D FeFET與新型纖鋅礦材料，作為3D NAND替代高端存儲(chǔ)應(yīng)用。作為傳統(tǒng)3D NAND的替代品，我們正在評(píng)估新型存儲(chǔ)器的可行性。

對(duì)于DRAM，單元縮放速度減慢，EUV光刻可能需要改進(jìn)圖案。三星最近宣布EUV DRAM產(chǎn)品將用于10nm (1a)級(jí)。除了 探索 EUV光刻用于關(guān)鍵DRAM結(jié)構(gòu)的模式，imec還為真正的3D DRAM解決方案提供了構(gòu)建模塊。

在嵌入式內(nèi)存領(lǐng)域，我通過(guò)大量的努力來(lái)理解并最終拆除所謂的內(nèi)存墻，CPU從DRAM或基于SRAM的緩存中訪問(wèn)數(shù)據(jù)的速度有多快?如何確保多個(gè)CPU核心訪問(wèn)共享緩存時(shí)的緩存一致性?限制速度的瓶頸是什么? 我們正在研究各種各樣的磁隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(MRAM)，包括自旋轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)矩(STT)-MRAM，自旋軌道轉(zhuǎn)矩(SOT)-MRAM和電壓控制磁各向異性(VCMA)-MRAM)，以潛在地取代一些傳統(tǒng)的基于SRAM的L1、L2和L3緩存(圖4)。每一種MRAM存儲(chǔ)器都有其自身的優(yōu)點(diǎn)和挑戰(zhàn)，并可能通過(guò)提高速度、功耗和/或內(nèi)存密度來(lái)幫助我們克服內(nèi)存瓶頸。為了進(jìn)一步提高密度，我們還在積極研究可與磁隧道結(jié)相結(jié)合的選擇器，這些是MRAM的核心。

趨勢(shì)5:邊緣人工智能芯片行業(yè)崛起

邊緣 AI預(yù)計(jì)在未來(lái)五年內(nèi)將實(shí)現(xiàn)100%的增長(zhǎng)。與基于云的人工智能不同，推理功能是嵌入在位于網(wǎng)絡(luò)邊緣的物聯(lián)網(wǎng)端點(diǎn)(如手機(jī)和智能揚(yáng)聲器)上的。物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備與一個(gè)相對(duì)靠近邊緣服務(wù)器進(jìn)行無(wú)線通信。該服務(wù)器決定將哪些數(shù)據(jù)發(fā)送到云服務(wù)器(通常是時(shí)間敏感性較低的任務(wù)所需的數(shù)據(jù)，如重新培訓(xùn))，以及在邊緣服務(wù)器上處理哪些數(shù)據(jù)。

與基于云的AI(數(shù)據(jù)需要從端點(diǎn)到云服務(wù)器來(lái)回移動(dòng))相比，邊緣 AI更容易解決隱私問(wèn)題。它還提供了響應(yīng)速度和減少云服務(wù)器工作負(fù)載的優(yōu)點(diǎn)。想象一下，一輛需要基于人工智能做出決定的自動(dòng) 汽車 。由于需要非常迅速地做出決策，系統(tǒng)不能等待數(shù)據(jù)傳輸?shù)椒?wù)器并返回?？紤]到通常由電池供電的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備施加的功率限制，這些物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備中的推理引擎也需要非常節(jié)能。

今天，商業(yè)上可用的邊緣 AI芯片，加上快速GPU或ASIC，可達(dá)到1-100 Tops/W運(yùn)算效率。對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)，將需要更高的效率。Imec的目標(biāo)是證明推理效率在10.000個(gè)Tops /W。

通過(guò)研究模擬內(nèi)存計(jì)算架構(gòu)，我們正在開發(fā)一種不同的方法。這種方法打破了傳統(tǒng)的馮·諾伊曼計(jì)算模式，基于從內(nèi)存發(fā)送數(shù)據(jù)到CPU(或GPU)進(jìn)行計(jì)算。使用模擬內(nèi)存計(jì)算，節(jié)省了來(lái)回移動(dòng)數(shù)據(jù)的大量能量。2019年，我們演示了基于SRAM的模擬內(nèi)存計(jì)算單元(內(nèi)置22nm FD-SOI技術(shù))，實(shí)現(xiàn)了1000Tops/W的效率。為了進(jìn)一步提高到10.000Tops/W，我們正在研究非易失性存儲(chǔ)器，如SOT-MRAM, FeFET和基于IGZO（銦鎵鋅氧化物）的存儲(chǔ)器。

三、人工智能是什么？那些產(chǎn)品算是人工智能的產(chǎn)品？

人工智能，英文縮寫為AI。它是研究、開發(fā)用于模擬、延伸和擴(kuò)展人的智能的理論、方法、技術(shù)及應(yīng)用系統(tǒng)的一門新的技術(shù)科學(xué)。

人工智能是計(jì)算機(jī)科學(xué)的一個(gè)分支，它企圖了解智能的實(shí)質(zhì)，并生產(chǎn)出一種新的能以人類智能相似的方式做出反應(yīng)的智能機(jī)器，該領(lǐng)域的研究包括機(jī)器人、語(yǔ)言識(shí)別、圖像識(shí)別、自然語(yǔ)言處理和專家系統(tǒng)等。

人工智能的產(chǎn)品有：

機(jī)器視覺(jué)，指紋識(shí)別，人臉識(shí)別，視網(wǎng)膜識(shí)別，虹膜識(shí)別，掌紋識(shí)別，專家系統(tǒng)，自動(dòng)規(guī)劃，智能搜索，定理證明，博弈，自動(dòng)程序設(shè)計(jì)，智能控制，機(jī)器人學(xué)，語(yǔ)言和圖像理解，遺傳編程等。

擴(kuò)展資料

人工智能的科學(xué)介紹：

1、學(xué)科范疇：

人工智能是一門邊緣學(xué)科，屬于自然科學(xué)和社會(huì)科學(xué)的交叉。

2、涉及學(xué)科：

哲學(xué)和認(rèn)知科學(xué)，數(shù)學(xué)，神經(jīng)生理學(xué)，心理學(xué)，計(jì)算機(jī)科學(xué)，信息論，控制論，不定性論。

3、研究范疇：

自然語(yǔ)言處理，知識(shí)表現(xiàn)，智能搜索，推理，規(guī)劃，機(jī)器學(xué)習(xí)，知識(shí)獲取，組合調(diào)度問(wèn)題，感知問(wèn)題，模式識(shí)別，邏輯程序設(shè)計(jì)軟計(jì)算，不精確和不確定的管理，人工生命，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，復(fù)雜系統(tǒng)，遺傳算法。

參考資料來(lái)源：百度百科——人工智能

四、什么是人工智能

工智能（Artificial Intelligence）是研究、開發(fā)用于模擬、延伸和擴(kuò)展人智能的理論、方法、技術(shù)及應(yīng)用系統(tǒng)的一門新技術(shù)科學(xué)。人工智能領(lǐng)域的研究包括機(jī)器人、語(yǔ)言識(shí)別、圖像識(shí)別、自然語(yǔ)言處理和專家系統(tǒng)等。

人工智能（Artificial Intelligence），英文縮寫為AI。它是研究、開發(fā)用于模擬、延伸和擴(kuò)展人的智能的理論、方法、技術(shù)及應(yīng)用系統(tǒng)的一門新技術(shù)科學(xué)。

人工智能是計(jì)算機(jī)科學(xué)的一個(gè)分支，它企圖了解智能的實(shí)質(zhì)，可以產(chǎn)出一種新的可以和人類智能相似的方式做出反應(yīng)的智能機(jī)器，該領(lǐng)域的研究主要有機(jī)器人、語(yǔ)言識(shí)別、圖像識(shí)別、自然語(yǔ)言處理和專家系統(tǒng)等。

自從人工智能誕生以來(lái)，理論和技術(shù)越來(lái)越成熟，應(yīng)用領(lǐng)域在不斷的擴(kuò)大，可以設(shè)想，未來(lái)人工智能帶來(lái)的科技產(chǎn)品，將會(huì)是人類智慧的“容器”。人工智能可以把人的意識(shí)、思維的信息過(guò)程的模擬。雖然人工智能不是人的智能，但可以像人那樣思考、最終可能超過(guò)人的智能。

優(yōu)點(diǎn)：

1、在生產(chǎn)方面，效率更高且成本低廉的機(jī)器及人工智能實(shí)體代替了人的各種能力，人類的勞動(dòng)力將大大被解放。

2、人類環(huán)境問(wèn)題將會(huì)得到一定的改善，較少的資源可以滿足更大的需求。

3、人工智能可以提高人類認(rèn)識(shí)世界、適應(yīng)世界的能力。

缺點(diǎn)：

1、人工智能代替了人類做各種各樣的事情，人類失業(yè)率會(huì)明顯的增高，人類就會(huì)處于無(wú)依靠可生存的狀態(tài)。

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