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小芯片上的大模型

【导语】在第12届中国国际警用装备博览会上,中星微展示了其“星光智能五号”嵌入式AI芯片,该芯片能在单芯片脱网情况下运行160亿参数的DeepSeek大模型,生成审讯笔录提纲(gāng)。这(zhè)一(yī)技(jì)术(shù)突(tū)破(pò)不(bù)仅为信息安全提供了有力保障,还为摄像头、边缘盒子等终端设备的数智化升级带来了新机遇。同时,中星微还展示了通过端边云协同,利用2KB标签快速检索几万路摄像头的创新应用,展现了嵌入式芯片与大模型结合的强大潜力。

“给我生成一份审讯盗窃案件的笔录提纲。”指令输入笔记本电脑之后,DeepSeek 16B(160亿参数版)在毫秒间生成了一份包含基本信息、案件概述、权利告知、事实调查、其他重点事项、笔录确认、注意事项等一级标题,且每个一级标题都包含3-5个二级标题的笔录提纲。这是记者在第12届中国国际警用装备博览会的中星微展台看到的一幕。

今时今日,用大模型生成提纲已经是家常便饭,但这份笔录提纲的特别之处在于:它是在笔记本电脑没有联网的情况下生成。这意味着160亿参数的DeepSeek大模型,完全基于一枚嵌入在只有名片大小处理板的单芯片运行。

Deepseek 16B在未联网情况下生成审讯笔录提纲_副本.jpeg

单芯片脱网运行DeepSeek 16B大模型生成审讯笔录提纲

虽然联网的大模型能够基于云端的算力资源池实现更强大的功能,但也对计算和存储成本、网络条件有着较高的要求。而在城市感知、智能制造、智慧农业、智能交通等行业场景中,存在大量成本低、硬件配置相对简单却对千行百业的数智化升级起到关键作用的终端、边缘设备,比如摄像头、边缘盒子、车路协同设备等。如果此类设备能够基于嵌入式芯片调用大模型能力,将对企业、行业场景的提质增效起到关键作用。

此外,在机器人等涉及用户个人信息采集的场景中,也需要嵌入式芯片搭配离线语言大模型,在保证机器人与用户交互的同时,保护用户的数据安全。

在嵌入式芯片运行离线大模型

“嵌入式芯片和云端芯片的设计思路不太一样。云端芯片追求极致的大算力,而前端嵌入式受到的制约条件非常多,能耗、发热、成本都要考虑到。”中星微智能研发中心总工程师周学武向《中国电子报》记者表示。

当前,嵌入式芯片能够承载的大模型一般在70亿参数规模。本次中星微展示的“星光智能五号”嵌入式AI芯片,能够运行160亿参数版本的DeepSeek大模型。为了让嵌入式芯片以尽可能高的效率处理多模态信息,中星微团队采用了多核异构的芯片架构,包括CPU、GPU、NPU,分别对应标量算力、矢量算力和张量算力。此外还有用于视频编解码的VPU、信息加解密的ECU,以及多核调度单元HCP(异构计算池)。

周学武表示,之所以选择这种架构,是为了模拟大脑兼具形象思维和逻辑思维的特点。

其中,对形象思维的模拟是基于“直觉式”的端到端计算,比如NPU或GPU能够直接输出对图片的识别结果。对于逻辑思维的模拟则主要基于CPU完成的“常识式”计算。

“把两种计算融合在一起,可以实现更高精度的识别。因为CPU的‘常识式’计算能够对可能产生的大模型幻觉进行纠正。”周学武说。

搭载“星光智能五号”的功能板_副本.jpeg

搭载“星光智能五号”XPU芯片的开发板

另一个提升芯片运行大模型能力的设计,在于HCP。这一系统能够调动芯片中的20多个核心,并根据用户需求采用不同的策略调度算力,比如效率优先原则或者算力均衡原则,以寻求在有限的条件下实现最佳的性能。

基于嵌入式芯片,终端可以在不联网的情况下使用离线大模型,以满足部分对信息安全有较高要求的场景,以及机器人等涉及用户语音等个人数据的场景。

“未来5到10年,会有大量的机器人应用嵌入式芯片。目前机器人的发展重点是运动控制,就是机器人怎么走得稳、怎么行动敏捷。但决策、思考能力,以及语音对话能力还需要通过网络实现,要先采集用户的语音,通过网络传到云端,云端给解析好了再传回来形成指令。这存在实时性响应和用户隐私的问题。如果基于嵌入式芯片构建机器人大脑,就可以保护用户数据,也能提升交互的实时性。”周学武说。

用2KB标签检索几万路摄像头

行业场景中,摄像头、工控盒子、车路协同设备等端、边侧终端,具有部署体量大、成本敏感、工作环境适应性较强等特点。要让此类终端用上大模型,既需要轻量化、易部署的芯片,也需要做好算法的定制与数据链路的优化。

在中星微展台,记者看到了一个连接了笔记本电脑的摄像头,在笔记本电脑搜索“戴安全帽的工人”,显示屏立刻出现了两天前展台搭建时的施工画面。这一过程是通过端(摄像头)、边(边缘盒子)、云(云网络和云平台)协同完成。其中,端侧和边侧除了部署中星微的嵌入式芯片,还部署了将视频“切”成图片再打上标(biāo)签(qiān)的(de)算(suàn)法(fǎ)。

部(bù)署(shǔ)视(shì)频(pín)检(jiǎn)索(suǒ)算(suàn)法(fǎ)的(de)摄(shè)像(xiàng)头(tóu)_副(fù)本(běn).jpeg

搭(dā)载(zài)“万(wàn)物(wù)识(shi)别(bié)”多(duō)模(mó)态(tài)大(dà)模(mó)型(xíng)的(de)终(zhōng)端(duān)摄(shè)像(xiàng)头(tóu)

具(jù)体(tǐ)来(lái)说,对于摄像头正在录制或者录好的存量视频,首先抽取关键帧或者关键数据做成图片,再根据矢量算法提取图片的关键点,成为包含索引信息和特征向量的标签。

在这一过程中,1G的视频可以抽取2M的关键帧图片,2M的图片再提取出2KB的标签,在用指令检索时,端侧和边缘侧终端会检索出标签对应的图片,也就是在KB级的数据中搜索,从而显著提升了搜索和解析效率。而搜索结果会发送给云端的大模型进行核实比对。

“搜索到标签之后,能够找到标签对应的图片,由于图片属性包含时间戳和相应摄像机的IP位置,就能对应出是哪路摄像机在哪个时间点拍到了目标,并回溯到视频,从而了解事件的前因后果。这样就达到了高效快速的效果。”周学武说。他表示,在端边预处理—发到云端比对—回传端边比对结果的过程中,大模型不断训练、不断学习,之后检索结果会越来越准确,更贴近用户多样化的检索需求。

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