儘管有眾多人工智能(AI)處理器競相搶市──每一種都自稱是“突破”──今日的AI社群仍被無數問題所困擾，包括能量、速度、AI硬件的尺寸與AI算法，這些都尚未證實在強韌度以及性能方面有所改善。
在計算機視覺方面，如IBM Research的計算機視覺與多媒體研究經理Rogerio Feris所言，最大的挑戰在於如何“讓視覺分析更有效率”。要特別說明的是，AI仍在早期發展階段，需要全新的想法、長期性的眼光，以及學界與研究機構在研發上的更多投入。
IBM Research會在本週於鹽湖城(Salt Lake City)舉行的2018年度計算機視覺與圖形識別研討會(Conference on Computer Vision and Pattern Recognition，CVPR)上，發表兩篇關於AI軟件與硬件技術的論文；CVPR是由計算機視覺基金會(Computer Vision Foundation)以及IEEE計算機學會贊助，號稱是最具競爭力的計算機視覺技術研討會之一。
在AI硬件部分，IBM Research正在推廣一種立體視覺(stereo-vision)系統，是透過將以大腦啟發的棘波神經網絡(spiking neural-network)技術應用於數據擷取(傳感器)與數據處理所開發；該設計利用了IBM自家的TureNorth芯片──是一種非馮諾伊曼(non-von-Neumann)架構處理器──以及一對瑞士業者iniLabs開發的事件導向(event-driven)攝影機
在AI軟件部分，IBM Research的論文是關於“Blockdrop”，也就是被認為可降低深度殘差網絡(deep residual networks)所需之總運算量的關鍵步驟。Feris解釋，以上兩篇論文是從兩個不同角度解決一個相同的問題──視覺分析效率。
Feris表示，當有人要過馬路，自動駕駛車輛會被預期要做出“實時推論”；雖然影像辨識準確度很重要，不過自駕車要花多少時間產生結論、識別出那是什麼東西，才是它在現實世界應用的終極試驗。
什麼是“Blockdrop”？
在2015年ImageNet大會上成為贏家的殘差網絡，在計算機視覺技術社群掀起了一場風暴；該技術已經證明了它能提供優異的識別結果，因為能訓練神經網絡中的數百甚至數千層。不過Feris指出：“將殘差網絡需要的那些一體適用運算應用於所有成像，會太沒有效率；”他解釋，如果有一隻狗在白色背景前，會比在忙碌都市街景中更容易被識別。
為此IBM Research開發了BlockDrop，這是一種學習動態選擇殘差網絡中哪些區塊(包括多個層)來執行推論任務的方法；Feris指出：“該方法的目標是妥善減少整體運算輛，同時不損失預測準確度。”
IBM聲稱，BlockDrop在測試中平均能將識別速度提升20%，有時甚至能加快36%，而且不犧牲殘差網絡在ImagNet數據集中達到的準確度。Feris表示，IBM這項研究是在2017年夏天與美國德州大學(University of Texas)、馬里蘭大學(University of Maryland)合作展開，該公司將會把BlockDrop釋出給開放源碼社群。
立體視覺應用的神經形態技術
在硬件方面，IBM Research瞄準了一種利用棘波神經網絡的立體視覺系統；該公司表示，目前產業界是使用兩個傳統(訊框)攝影機來產生立體視覺，但從未有人嘗試過神經形態技術。雖然以傳統攝影機提供立體影像並非不可能，不過會需要高畫質影像信號處理，例如高動態範圍(HDR)成像、超高分辨率處理以及自動校準等。
根據IBM研究員Alexander Andreopoulos在論文中的描述，其系統是利用兩個iniLabs開發的事件導向攝影機(又被稱為動態視覺傳感器-DVSe)，擷取畫面之後以IBM TrueNorth芯片叢集來提取快速移動物體之深度。
IBM的目標是大幅降低取得立體影像所需的功耗與延遲，在接收直播的棘波輸入(這已經大幅降低數據量)後，該系統是用IBM的神經形態硬件重建3D影像，透過估算來自兩個DVSe之影像的差異，以及藉由三角測量定位3D空間中的物體。
數據擷取與處理
有一家法國新創公司Prophesee是利用神經形態技術來擷取數據，並降低傳感器所收集的資料量；該公司的傳感器技術並非以訊框為基礎，而是以簡化並打造適合機器使用的數據為設計目標。Prophesee首席執行官先前接受EE Times採訪時表示，這能大幅減輕數據量負擔，應該也能因此讓車子能做出幾乎實時性的決策。
不過新一代的IBM立體視覺系統不只將類人腦技術用於數據擷取，也用在數據處理上，以重建立體影像；Andreopoulos表示，該系統還有一個最大的成就，是透過編程讓TrueNorth有效率地執行「棘波神經網絡立體視覺必備的各種常見子程序(sub-routines)」。IBM補充指出，TrueNorth芯片的架構功耗比傳統系統低，這會有利於自動駕駛系統的設計。
同樣的，利用一對DVS攝影機(非訊框式)也能降低數據量與功耗，並提升速度、減少延遲，提供更好的動態範圍，而IBM表示這些都是實時系統設計的關鍵元素。在被問到新的TrueNorth系統還有那些優勢時，Andreopoulos表示，與採用傳統CPU/GPU處理器或FPGA的最先進系統相較，其每像素視差圖功率(power per pixel disparity map)有兩百倍的改善。
利用以事件為基礎的輸入，饋入IBM系統的實時影像數據，是以9顆TrueNorth芯片進行處理，每秒能計算400張視差圖，延遲僅11毫秒(ms)。IBM在論文中指出，藉由特定的權衡(trade-offs)，該系統能將速率進一步提升到每秒2,000張視差圖。
採用TrueNorth芯片的立體視覺系統何時可以商業化？Andreopoulos表示：“我們還不能透露時間點，只能說我們已經進行測試並且成功編程芯片有效處理視差圖，現階段是概念驗證。”
編譯：Judith Cheng
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