新型人脸识别系统：采用超低功耗人工智能芯片！
导读
最近，韩国科学技术院的科研团队开发出一种超低功耗的高性能人工智能芯片，并在此基础上开发出一套多功能、高效率的人脸识别系统。
关键字
人工智能、人脸识别、半导体
背景
如今，人工智能（AI）作为一项非常热门的新兴科技，发展潜力极其巨大。根据全球著名的市场调研机构 IDC 预测，人工智能市场规模今年将达到1650亿美元，2018年将达到2000亿美元。
全球最著名的科技公司都纷纷加大了人工智能的研发力度，无论是国内的百度、阿里、腾讯，还是国外的微软、谷歌、脸书、英特尔、英伟达等等科技巨头，都表现出对人工智能的极大热情，同时也展开了激烈的竞争。从互联网行业到半导体行业，各大公司都在人工智能方面不断开拓，取得新的科技成果。
然而，目前人工智能技术大多数还是专注于软件层面，且运算速度较低。如果要将人工智能要应用到移动设备，例如智能手机，那么必然会面临诸多问题，例如：性能、功耗、便携性等等。
所以，一些公司已经在开始投资研发人工智能半导体芯片，配合人工智能软件的运行。例如，谷歌开发出了高度定制化的、深度学习芯片TPU（Tensor Processing Unit），英伟达也在围绕GPU芯片大力布局人工智能。
然而，对于人工智能芯片来说，关键还是要能够做到低功耗和高性能。
创新
最近，韩国科学技术院（KAIST）电气工程系教授 Hoi-Jun Yoo 领导的科研团队开发出一种人工智能半导体芯片：CNNP（CNN 处理器），它能以超低功耗运行人工智能程序。这些芯片由 Yoo 教授的博士生 Kyeongryeol Bong 负责开发，并已经在二月份于旧金山召开的国际固态电路会议上进行了展示。
（图片来源于：KAIST）
另外，该科研团队还在CNNP芯片基础上，开发出一套人脸识别系统：K-Eye。该系统由 KAIST 与创业公司UX Factory 联合打造。
（图片来源于：KAIST）
K-Eye 系列产品有两种类型：一种是可穿戴设备（K-Eye），另外一种是电子狗（K-EyeQ）。
K-Eye 可通过蓝牙与智能手机连接，其内部电池可维持工作超过24小时。用户可将K-Eye 设备挂在脖子上，通过智能手机或者智能手表访问数据库，从而很方便地进行人脸识别。
（图片来源于：KAIST）
另外一种是K-EyeQ（电子狗设备），它可以通过USB接口与智能手机或其他电子设备连接。
（图片来源于：KAIST）
如果是已认证的用户，一旦被系统识别，那么智能手机将无需密码、指纹或者虹膜识别，就能自动解锁。而且，该系统还可以判断出，输入的脸部信息是来自于真实的个人，还是一张保存下来的照片，所以智能手机就不会被用户的照片欺骗。
另外，K-Eye 系列产品还具有更加独特的功能，例如能先去检测人脸，然后再对其识别，并能保持“随时在线”的状态，功耗低于1毫瓦。
技术
对于K-Eye系列产品的设计来说，其中两项十分关键的技术：
“随时在线”识别人脸的图像传感器；CNNP人脸识别芯片；
先介绍第一项关键技术，“随时在线”的图像传感器。它能检测到摄像头拍摄的范围内是否出现过人脸。然后，它会捕获画面，对设备进行设置，使其只在人脸出现的时候运行，从而显著降低待机功耗。
为了降低功耗，这种人脸检测传感器结合了模拟和数字处理技术。模拟处理器，结合了CMOS图像传感器阵列，可以区分背景区域和可能含有人脸的区域。然后，数字处理器就会只检测选定区域中的人脸。所以，画面捕捉、人脸检测处理和内存使用方面的效率都会得到提高。
（图片来源于：KAIST）
接下来介绍第二项关键技术，CNNP。它在电路、架构、算法方面，采用卷积神经网络（CNN）进行优化，可以显著地降低功耗。
首先，集成于CNNP的片上存储器，经过特殊设计后，数据在水平方向和垂直方向都可以被读取；第二，它具有强大的计算能力，用1024个乘法器和累加器并行操作，且能在相互之间直接传递临时的运算结果，无需访问外部存储器或者片上通信网络；第三，CNN 算法中用到的二维滤波器的卷积运算，大致等同于一维滤波器的两个连续运算，速度更快、功耗更低。
（图片来源于：KAIST）
价值
CNNP芯片可以达到97%的准确率，而功耗只有GPU的1/5000。人脸识别运行时的功耗只有0.62毫瓦，所以它比GPU性能更高而功耗更低。
据称，CNNP的功耗是相关人工智能芯片中最低的。因此，它受到了极大的关注，也为K-Eye系列人脸识别产品奠定了基础。
下面，为大家介绍 K-Eye 系列产品的相关应用案例。
自动售货机付款时的人脸认证：
（图片来源于：KAIST）
（图片来源于：KAIST）
（图片来源于：KAIST）
警察进行巡检时的人脸识别：
（图片来源于：KAIST）
（图片来源于：KAIST）
汽车门禁系统的人脸识别：
（图片来源于：KAIST）
（图片来源于：KAIST）
（图片来源于：KAIST）
未来
根据 Yoo 教授的说法，人工智能处理器，未来将引领第四次工业革命。人工智能芯片的研发，在国家战略的层面，具有重要的意义。
研究团队和UX Factory公司准备在今年年底，让K-Eye系列产品走向商用。
参考资料
【1】http://www.kaist.ac.kr/_prog/_board/?code=ed_news&mode=V&no=65402&upr_ntt_no=65402&site_dvs_cd=en&menu_dvs_cd=0601