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半导体巨头能否打破工业物联网的困局?

2020-09-27 02:53

文 / 与非网   编辑 / 庄梅

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  秋天的第一个深度专访——<与非网>受邀走进英特尔北京办公室,对话IoT事业部中国区CTO。工业物联网的陈年痛点、竞争激烈的边缘计算、AI处理器与传统通用处理器的互搏……探讨,内容独家、分析深入。

  算力为王的时代,处理器市场从来不缺看点。

  英特尔近期更是动作频频,起先展示10nmSuperFin、曝光最新CPU微架构、Xe图形架构,然后针对轻薄笔记本首发第11代酷睿“TigerLake”处理器。从制造到架构再到产品的公布一气呵成,好像都在宣告着多种技术支柱打造的算力城堡依然坚固无比。

  针对工业物联网的诸多挑战,比如边缘计算复杂性、整体拥有成本费(TCO)以及自然环境条件限定等,英特尔最新推出了两款处理器——凌动x6000E系列、第11代酷睿处理器,号称是其“迄今为止面向物联网迈出的最重要一步”。

  工业物联网当前最大的痛点是什么?为什么要针对该市场专门推出处理器产品?英特尔怎样看待工业物联网下一步的发展和自主创新?带着这种问题,<与非网>专访了英特尔物联网事业部中国区首席技术官兼首席工程师张宇博士。

  应对工业物联网挑战而生

  据张宇详细介绍,功能安全、实时性、图形和媒体处理、虚拟化技术、AI视觉效果等方面全是当前工业应用中的广泛需求,凌动x6000E系列和第11代酷睿尽管全是根据传统的X86架构,可是专门针对工业情景的特定需求进行了性能提高。因此既具有传统处理器的通用计算能力和图形界面能力,也能够考虑工业应用中的这种特定需求。

  凌动x6000E系列处理器,是一款从零搭建、专为工业物联网打造的处理器,能够以紧凑型外观设计实现更高质量的性能以及图形和媒体处理。与上一代产品相比,并行处理性能最大提高1.7倍,多线程性能提高1.5倍,三dMark11显卡性能提高2倍,主推功耗特点,可提供2核/四核选择项,做到国际性上作用安全验证SIL2级別。凌动x6000E用在工业领域,能为工业机器人、化学、石油、能源电网等领域的管理程序提供合乎功能安全要求的实时控制系统和设备。

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  与凌动x6000E相比,第11代酷睿处理器算力更强,选用了英特尔第三代10nm微架构。这款处理器也是最近公布的手机客户端处理器的优化版本号,针对髙速处理、计算机视觉、低延迟计算等重要物联网的应用需求进行了优化。与第8代酷睿处理器相比,并行处理性能可提高23%,多线程性能可提高19%,显卡性能可提高达到2.95倍。双视频解码器能够 1080p30帧/秒的速率另外处理高达40个rtmp协议,可输出最多4路4K或2路8K视频。人工智能和深度学习逻辑推理可运作于96个图象处理模块(INT8),或运作于集成了VNNI指令系统的CPU。可用以工业领域搭建重要任务控制系统(PLC、机器人等)、工业PC、人机交互界面等,也可用以零售、银行、酒店服务业、医疗健康、新型智慧城市等领域。

  从底层平台解决“IT、OT融合老大难”

  在工业领域,管理业务流程及分析的信息科技(IT)和管理具体工厂设备的经营技术(OT)的融合已经成为一个老生常谈的话题,但融合之途走得并不平坦。融合的关键环节或难题到底是什么?

  张宇认为,IT和OT的要求有着根本区别。IT大量解决的是工厂怎么管理、订单信息怎么管理等问题,处理的信息量非常大,可是对实时性要求并没有那么高;而OT对实时性要求很高,可是单一节点的信息量很有可能没有那么大。因此IT和OT的融合,重要在融合的节点上。假如在节点下列是纯OT的,目前计划方案已经就行了;或者节点之上纯IT,也有解决方法。但难就难在需要融会贯通的节点上,不仅有足够的计算能力解决互联网大数据问题,另外又要考虑一定实时性要求。

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  图源|accenture.com

  “IT和OT的融合是取得成功实施工业物联网系统所必需的”,张宇表示,“根据硬件+工具能够提供对计算和网络方面实时性综合能力的提高,把它做为IT、OT融合的底层平台,在这里之上,能够 给开发人员搭建不同的IT、OT融合应用。除此之外,针对IT问题有EIS(边缘洞见),针对OT问题有ECS(边缘控制),开发利用人工智能、分布式计算、实时计算和灵活工作负载整合的技术,来全面解决IT和OT问题。”

  紧扣工业“实时性”痛点需求

  工业领域对实时性、协同工作的要求很高,对廷时基本上零容忍。张宇强调,实时性不但要求计算的实时性,还包含传输数据的实时性。由于工业中通常是一个系统软件而不是单一节点在运作,要求每个节点之间的协同工作。这难以避免要进行数据的传输和共享,在明确的廷时范畴以内,确保数据从一个节点抵达另一个节点,这也是实时性的反映。

  凌动x6000E系列和第11代酷睿这两款处理器,在设计方案时都对实时性进行了特定的考虑。时钟频率融洽计算(TCC)、时间比较敏感网络(TSN)是实时性得到实现的重要,这也是英特尔初次在这里两大处理器大家族中提供TCC、TSN的能力适用。

  TSN在许多 方面都做为IT和OT网络之间的重要沟通桥梁,是由IEEE802.1协作组的时效性网络任务组所制定的一系列标准,旨在为数据连接提供准确的时间同步和时间重要数据及时性的保证,因此对从传感器接收数据的控制系统、计算机视觉程序运行等来说是非常理想的选择。

  这两款处理器把适用TSN的MAC集成到芯片中,实现了对网络中数据链路层的适用,辅以TCC工具来融洽不同节点之间的协同工作,进而实现了实时传输和协同工作。

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  图源|网络

  将工业化生产比成一个交响乐队,张宇提及,如同协力进行一场极致的弹奏一样,第一步要保证不同节点的时间同歩的;第二个要求,每一个人务必要在特定时间内进行分别的任务,不太可能长也不能短,这就是一个实时性要求;第三个要求则有关实时性传输,如同弹奏一样,有顺序,前一个人弹奏结束后,下一个人接受到这一信息内容才可以再次。

  张宇强调,第三点要求现阶段挑战最大,由于如今已经习惯用互联网技术来做信息的传递,传送基本是互联网协议。而这种协议书有一个很致命性的问题,便是他们实质上全是trybest的方法,即尽量以做到要求的方法去传递数据,可是从协议书自身对传输数据的延迟是没有任何保证的。倘若A给B发数据,一旦出现数据丢失,B并不能及时知晓,只是一段时间发觉B没有收到,认为数据丢失,A再发一遍。这类状况在工业中是不可想象的,因此有TSN的特定要求,保证 在要求的延迟范畴内,数据能够 合理进行传输。

  AI处理器是否会超越传统处理器?

  在工业物联网极其碎片化的应用领域中,负载种类也非常多元化,异构计算能够充分运用专用型和通用处理器的优点,毫无疑问将充分发挥重特大功效。但是,从算力提高的视角看来,传统通用处理器受先进工艺制造等危害,代际性能提高受限较大。反而是各类从底层架构刚开始自主创新的AI处理器,在算力、功耗等方面总体优化力度较大。那么,将来AI处理器是否会在工业物联网计算中成为更重要的角色?

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  图源 | Intel

  张宇认为,一方面,这与负载类型相关,如今很难说未来的负载中AI比例到底有多大。另一方面,物联网对芯片的要求不同于数据中心,物联网边缘计算设备,能够接受的功耗、能够支撑的算力都是比较有限的。边缘计算绝对不是把数据中心搬到边缘,一定是在比较有限的资源下达到最佳的效果。在这个前提下看AI处理器的运用,如果需要AI算力的负载足够多,很可能专门对于这种负载应用专用芯片,再和通用性处理器进行配合,即异构架构。如果工作负载比较固定,彻底可以根据专门的架构达到最佳的特性功耗比,这也是行得通的一条路。

  未来的边缘训练如何实现?

  边缘训练是一个必定的发展趋向,由于工业生产运用中模型拟合升级的时效性要求越来越高,如果放在云端更新会很长。除此之外,出于隐秘数据保护的缘故,许多 加工厂并不愿意把数据云端,这种诉求都在推动边缘训练的发展。要实现边缘训练还需解决哪些挑战?云边如何更好地协同?它是业界当前关注的热点。

  张宇表示这也是他个人近期的关注点之一,IEEE在进行相对的标准制订,他本人在工作组中。边缘训练有不同的身份节点,有的是提供数据的,还有的是做训练的Server节点。因此,节点间的角色如何区划、如何进行通信、通讯协议如何制订,都是当前已经进行的探讨。

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  图源|SecurityRoundtable

  “边缘训练不是简易的把数据中心的训练取得边缘,一定是在优化算法和架构层面有它自身的特性”,张宇注重,“当前要解决的难题,一是训练样本的难题,在少量的数据样版下,如何做到匹敌与数据中心很多样版训练后的效果,这需要一些自主创新;二是要解决算力难题,在边缘算力比较有限的标准下,如何根据优化算法的提升,根据不同节点间的协同去满足客户需求针对时间、功耗的要求,这种难题在数据中心是不会遇到的,却是在边缘训练中要解决的。

  写在最后

  随着工业物联网深度发展,智能化成为了工业物联网进一步释放赋能价值的关键因素。可是,基础设施建设日益增长的多元性、边缘侧对大数据处理的强需求,对实时性、功耗的高要求,无一不在拷问产业界的综合性水平。

  如同IDC中国电信与物联网发展部高級研究主管崔凯常说,随着物联网情景的个性化、多元化、碎片化的不断深化,解困产业的需求痛点是对综合能力的考验。一方面反映在解决测算、存储、传输层面的硬件软件技术能力考验,另一方面也是对生态能力的考验。他认为,英特尔此次发布的凌动x6000E和第11代英特尔酷睿2款处理器新产品,根据边缘洞悉平台和边缘控制平台,整合上下游生态资源,为客户提供更为实用的参考设计。那样的技术与生态的组成,为物联网产业打造出创新方案确立了扎扎实实的基本。

  依据IDC预测分析,到2023年,超过50%的公司IT基础设施建设将会在边缘布署,而如今这一占比不到10%。预估到2024年,边缘运用的总数将提升800%。

  极大的行业前景下,竞争者的产品路线图也充分说明出了对这一市场的极大野心,再加之BAT等互联网大厂的进入,及其传统式工业生产大佬在垂直应用领域的发力,可以预料边缘侧接下去的市场竞争将会越来越激烈。

  英特尔在物联网行业的三大支撑发展战略是大数据处理、边缘赋能、视觉效果(视頻)逻辑推理。做为定坐落于“以数据为管理中心”的企业,英特尔接下去如何面对多种领域挑战,再次扩展生态合作,深入分析数据的潜力和价值,推动从云到端的智能化布署,仍有许多非常值得期待的自主创新。

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