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1 方案背景與目標(biāo)

隨著全球?qū)嶓w經(jīng)濟(jì)與數(shù)字經(jīng)濟(jì)融合發(fā)展，社會(huì)對(duì)安全生產(chǎn)的重視程度不斷加強(qiáng)，工業(yè)企業(yè)數(shù)智化升級(jí)需求迫切。針對(duì)各行業(yè)安全生產(chǎn)管控需求及痛點(diǎn)，深圳鯤云信息科技有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)：鯤云科技）基于自主研發(fā)的可重構(gòu)數(shù)據(jù)流AI芯片及一系列具備高性?xún)r(jià)比和易用性的軟硬件產(chǎn)品，高性能、低延時(shí)、高算力性?xún)r(jià)比的智慧安監(jiān)AI視頻分析解決方案，可對(duì)前端圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)識(shí)別分析預(yù)警，并通過(guò)AI推理平臺(tái)對(duì)預(yù)警結(jié)果進(jìn)行直觀展示。

通過(guò)深度學(xué)習(xí)算法對(duì)接入的視頻進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，識(shí)別作業(yè)區(qū)域的人員安全帽、工服，違規(guī)區(qū)域人員闖入，以及液體泄露、煙霧、火焰等環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，并為企業(yè)搭建可視化監(jiān)控中心，實(shí)時(shí)查看 AI 報(bào)警分析結(jié)果和視頻流數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)報(bào)警處理率80%，違規(guī)數(shù)量較部署前降低30%，人員管理效率提升70%，企業(yè)安全監(jiān)管效率和應(yīng)急處理效率提高30%。該方案涵蓋安全生產(chǎn)、儲(chǔ)存、使用、經(jīng)營(yíng)、運(yùn)輸?shù)拳h(huán)節(jié)，涉及人員管理、資源管理、場(chǎng)地管理多個(gè)場(chǎng)景，支持人員行為、環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)、生產(chǎn)設(shè)備、特殊作業(yè)的實(shí)時(shí)智能監(jiān)測(cè)報(bào)警，助力化工、石油、礦山、能源等20+行業(yè)實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)管理智能化。

2 方案詳細(xì)介紹

圖1.基于可重構(gòu)數(shù)據(jù)流的AI視頻分析解決方案

鯤云科技的智慧安監(jiān)AI視頻分析解決方案，其AI算力層基于鯤云科技數(shù)據(jù)流AI芯片及其算力產(chǎn)品，硬件自主可控；軟件層基于鯤云科技自主研發(fā)的深度學(xué)習(xí)算法，高精度圖像算法，準(zhǔn)確率達(dá)95%以上；平臺(tái)層采用人工智能圖像識(shí)別推理平臺(tái)“星云AI視覺(jué)分析平臺(tái)”，軟硬件深度結(jié)合。其中，

（1）算力層：基于數(shù)據(jù)流AI芯片CAISA的算力產(chǎn)品，高算力性?xún)r(jià)比

工業(yè)智能化升級(jí)過(guò)程中，安全生產(chǎn)是至關(guān)重要的一環(huán)，其中，視頻智能分析的時(shí)效性和準(zhǔn)確性關(guān)乎到生產(chǎn)安全和效率，高性能硬件的支持極為重要。

基于鯤云全球首款數(shù)據(jù)流AI芯片CAISA，提供不同邊緣計(jì)算平臺(tái)，支持橫向擴(kuò)縮容的多類(lèi)型計(jì)算節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)多路視頻結(jié)構(gòu)化分析，具更高的算力性?xún)r(jià)比；最低3ms延時(shí)，更適合實(shí)時(shí)應(yīng)用；提供PCIe 3.0×8 接口，適用于邊緣端服務(wù)器設(shè)備，部署簡(jiǎn)易，應(yīng)用設(shè)備為服務(wù)器、工作小站、工控機(jī)，可適配多種計(jì)算平臺(tái)。搭載基于數(shù)據(jù)流AI芯片的加速卡其利用率可高達(dá)95.4%，相比市面常用深度學(xué)習(xí)加速硬件提供最高10倍以上資源利用率，為企業(yè)提供高性能高算力性?xún)r(jià)比的計(jì)算加速方案。

（2）軟件層：高精度場(chǎng)景算法，準(zhǔn)確識(shí)別異常，提升安全管理效率

算力層以搭載數(shù)據(jù)流AI芯片的AI加速卡、AI智能分析服務(wù)器為核心，視頻數(shù)據(jù)通過(guò)硬盤(pán)錄像機(jī)進(jìn)行存儲(chǔ)，同時(shí)通過(guò)本地網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)紸I分析服務(wù)器進(jìn)行視頻解碼，搭配人工智能后臺(tái)的深度學(xué)習(xí)算法進(jìn)行人員行為、環(huán)境狀態(tài)、物體設(shè)備的實(shí)時(shí)分析和識(shí)別，發(fā)現(xiàn)異常則及時(shí)預(yù)警。

依托安監(jiān)場(chǎng)景通用算法或基于園區(qū)場(chǎng)景數(shù)據(jù)定制開(kāi)發(fā)的高精度算法，對(duì)監(jiān)控視頻圖像的智能分析，捕捉特定目標(biāo)，提取需求屬性，識(shí)別違規(guī)現(xiàn)象，做到事前預(yù)警、事中管控、事后取證。

（3）平臺(tái)層：人工智能圖像識(shí)別推理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)軟硬件深度融合

基于自主研發(fā)的數(shù)據(jù)流AI芯片及其算力產(chǎn)品，鯤云科技提供軟硬一體化的解決方案，平臺(tái)層采用人工智能圖像識(shí)別推理平臺(tái)“星云AI視覺(jué)分析平臺(tái)”，可以實(shí)現(xiàn)人工智能算法快速落地，由網(wǎng)頁(yè)端節(jié)點(diǎn)和智能計(jì)算服務(wù)節(jié)點(diǎn)構(gòu)成，部署安全帽識(shí)別、反光衣識(shí)別、生產(chǎn)設(shè)備狀態(tài)識(shí)別等智慧安監(jiān)算法，支撐采油廠、化工園區(qū)、工業(yè)園區(qū)、建筑工地、水泥廠等園區(qū)場(chǎng)景實(shí)現(xiàn)安全管理智能化。平臺(tái)支持多種流媒體服務(wù)平臺(tái)接入，充分兼容已有安防監(jiān)控系統(tǒng)，可通過(guò)DVR、NVR、平臺(tái)SDK等快速集成，支持多種部署架構(gòu)，適配多種視頻分析場(chǎng)景；并提供多層次開(kāi)放能力，從業(yè)務(wù)層的restful API到服務(wù)層的算法調(diào)用API，助力企業(yè)按需定制。

圖2. 智慧化工園區(qū)AI安全監(jiān)控中心

圖3. 部分智能算法

3 代表性及推廣價(jià)值

3.1 核心競(jìng)爭(zhēng)力：95.4%高算力利用率的數(shù)據(jù)流架構(gòu)CAISA

人工智能領(lǐng)域應(yīng)用目前處于技術(shù)和需求融合的高速發(fā)展階段，不同行業(yè)對(duì)AI算力的需求正處于高速增長(zhǎng)，成本考量和物理學(xué)特性等因素將會(huì)壓制傳統(tǒng)AI硬件性能的上升勢(shì)頭。傳統(tǒng)的指令集架構(gòu)是目前國(guó)內(nèi)外研發(fā)AI芯片的主流框架，受限于指令間的依賴(lài)、指令間協(xié)同的時(shí)鐘不確定性，指令內(nèi)部的計(jì)算單元會(huì)出現(xiàn)閑置等挑戰(zhàn)，進(jìn)一步提升芯片峰值算力所帶來(lái)的收益有限，而在芯片利用效率上仍有非常大的提升空間，存在“馮諾依曼瓶頸”。

聚焦于安全生產(chǎn)的邊緣計(jì)算中更廣泛的AI推斷算力需求，鯤云科技提出新的AI計(jì)算平臺(tái)的架構(gòu)實(shí)現(xiàn)方式——自主研發(fā)“定制數(shù)據(jù)流架構(gòu)”CAISA3.0并發(fā)布全球首款可商用數(shù)據(jù)流AI芯片CAISA，目前已實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。相對(duì)于傳統(tǒng)指令集架構(gòu)下的AI芯片，CAISA芯片真正實(shí)現(xiàn)底層架構(gòu)創(chuàng)新，不存在指令依賴(lài)，依托數(shù)據(jù)流的流動(dòng)次序控制計(jì)算執(zhí)行次序，數(shù)據(jù)計(jì)算與數(shù)據(jù)流動(dòng)重疊，實(shí)現(xiàn)芯片實(shí)測(cè)算力上的技術(shù)突破。

不同于基于馮諾依曼的指令集架構(gòu)，數(shù)據(jù)流架構(gòu)依托數(shù)據(jù)流的流動(dòng)次序控制計(jì)算執(zhí)行次序。在這種計(jì)算方式下，解決指令集架構(gòu)的幾大核心問(wèn)題：

（1）數(shù)據(jù)流架構(gòu)中數(shù)據(jù)流動(dòng)次序即計(jì)算執(zhí)行次序，沒(méi)有指令概念，移除了由于指令帶來(lái)的控制冗余以及等待指令讀取譯碼帶來(lái)的計(jì)算單元閑置；

（2）數(shù)據(jù)流架構(gòu)支持時(shí)鐘級(jí)的精確計(jì)算，每個(gè)數(shù)據(jù)流動(dòng)及計(jì)算在每個(gè)時(shí)鐘都可精確預(yù)計(jì)，從而支持將數(shù)據(jù)流動(dòng)與計(jì)算深度重疊，大幅降低計(jì)算單元閑置；

（3）數(shù)據(jù)流架構(gòu)中一個(gè)數(shù)據(jù)流流水線中可深度整合大量計(jì)算單元，從而打破指令集架構(gòu)中峰值算力提升與芯片利用率的沖突問(wèn)題：通過(guò)不斷加深數(shù)據(jù)流流水線，可以在提升峰值算力同時(shí)，不降低流水線中計(jì)算單單元閑置時(shí)間。

該芯片架構(gòu)具有的技術(shù)理論優(yōu)勢(shì)主要有三個(gè)方面：

（1）高算力性?xún)r(jià)比：CAISA芯片實(shí)測(cè)芯片利用率高達(dá)95%，較同類(lèi)產(chǎn)品在芯片利用率上最高提升了10倍以上；

（2）高架構(gòu)通用性：支持各種深度學(xué)習(xí)算法，包括目標(biāo)檢測(cè)、分割、分類(lèi)等領(lǐng)域應(yīng)用的主流算法；

（3）高軟件易用性：提供 RainBuilder 開(kāi)發(fā)工具鏈，自頂層深度學(xué)習(xí)開(kāi)源框架中算法至底層CAISA架構(gòu)時(shí)鐘精確映射，端到端自動(dòng)化工具兼容現(xiàn)有人工智能開(kāi)發(fā)框架、生態(tài)及軟件。

定制數(shù)據(jù)流CAISA架構(gòu)具有高芯片利用率高、低延時(shí)、高通用性等優(yōu)點(diǎn)，且已初步實(shí)現(xiàn)了AI計(jì)算加速方案產(chǎn)品的量產(chǎn)化。

3.2 推廣價(jià)值

在算力層上，該方案采用開(kāi)創(chuàng)性的可重構(gòu)數(shù)據(jù)流架構(gòu)AI芯片CAISA，芯片利用率最高可達(dá)95.4%，在芯片成本為國(guó)際同類(lèi)產(chǎn)品1/3的情況下，最高可提供4.12倍以上的實(shí)測(cè)性能，為安全生產(chǎn)數(shù)智化落地節(jié)省30%以上的AI算力部署成本；在算法層面，該方案打破了數(shù)據(jù)壁壘，開(kāi)發(fā)了匹配各類(lèi)應(yīng)用場(chǎng)景的高精度算法如安全帽識(shí)別、煙火識(shí)別、打電話識(shí)別、原油泄漏、危化車(chē)輛識(shí)別、滅火器識(shí)別等多種異常行為識(shí)別，延遲3s以?xún)?nèi)，單服務(wù)器Callback向外推送事件的能力可達(dá)每秒1000+事件，準(zhǔn)確率達(dá)99%以上；基于自研的算力算法，該方案采用人工智能圖像識(shí)別推理平臺(tái)“星云AI視覺(jué)分析平臺(tái)” 支持多種流媒體服務(wù)平臺(tái)接入，充分兼容已有安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)，降本增效；可通過(guò)DVR、NVR、平臺(tái)SDK等快速集成，支持多種部署架構(gòu)；并提供多層次開(kāi)放能力，從業(yè)務(wù)層的restful API到服務(wù)層的算法調(diào)用API，按需定制。

基于可重構(gòu)數(shù)據(jù)流AI芯片推出的AI視頻分析解決方案，解決了傳統(tǒng)安監(jiān)系統(tǒng)視頻結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)利用率低、監(jiān)控過(guò)于被動(dòng)、警情處置效率低的痛點(diǎn)，給石油、化工、電力、加油站等存在安全隱患的國(guó)民支柱行業(yè)的智能化升級(jí)和安全生產(chǎn)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)從芯片到操作平臺(tái)、用戶(hù)最終界面的一體化標(biāo)準(zhǔn)。

方案能夠充分利舊降低成本，兼容已有監(jiān)控系統(tǒng)，基于原有攝像頭進(jìn)行圖像分析，適合批量上線，極大降低部署成本；并提供多層次開(kāi)放API，方便快速集成，在現(xiàn)有的信息化能力手段上，融合視頻AI智能管控，通過(guò)實(shí)時(shí)分析、報(bào)表圖表、反饋、提供決策依據(jù)和管理依據(jù)，讓系統(tǒng)代替部分人工崗位，使管理效率和應(yīng)急處理效率更高。

該方案榮獲中國(guó)電子技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化研究院“AI芯”標(biāo)準(zhǔn)典型應(yīng)用案例、中國(guó)石油和化學(xué)工業(yè)聯(lián)合會(huì)年度智慧化工園區(qū)適用技術(shù)、山東省新一代信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)新技術(shù)新產(chǎn)品等多項(xiàng)行業(yè)認(rèn)可。通過(guò)發(fā)揮算力與算法的聯(lián)合優(yōu)勢(shì)，提升風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別準(zhǔn)確率、預(yù)警響應(yīng)速度、多事件Callback向外推送事件等多種能力，解決安全生產(chǎn)中的隱患排查不精準(zhǔn)、全員參與不充分、整改情況難追溯等痛點(diǎn)難點(diǎn)問(wèn)題。