杭州国芯科技股份有限公司-【声学在线】杭州国芯布局AI，率先发布搭载NPU的低功耗语音交互芯片

2017年10月31日，杭州国芯在深圳发布搭载NPU的物联网人工智能芯片——GX8010，该芯片融合了NPU、DSP等多项技术，支持8路麦克风通道，具有低功耗的特点，成为下一代语音语音交互芯片架构的引领者。

继移动互联网之后，万物互联的人工智能时代成为又一个划时代的发展阶段，呼之欲来。随着深度学习在语音识别、图像识别、搜索等领域的不断突破，人工智能产业整体实现跨越式发展。智能家居、智能汽车、智能玩具等领域的AI产品层出不穷，呈现快速落地爆发，然而，传统CPU、GPU的缺陷更加催生了对AI芯片的高速增长需求。

不仅如此，人工智能是引领未来的战略性产业，影响着我国未来科技领域的整体发展，而AI 芯片作为人工智能领域发展的关键环节，将是我国人工智能产业重点关注的发展的战略节点。

正是基于这样的大背景下，发布会上杭州国芯总经理兼CEO黄智杰博士率先登台，介绍了杭州国芯围绕“AI芯，中国芯”而进行的人工智能战略部署。

成立于2001年的杭州国芯，一直以来专注于数字电视、家庭多媒体及人工智能领域的芯片设计和系统方案开发，是全球领先的机顶盒芯片供应商之一。随着人工智能时代的不断深入演进，杭州国芯深耕人工智能领域，结合自身优势，推出面向物联网的人工智能芯片，以及自主研发的神经网络处理器、指令集及编译器等核心技术。

本次发布会杭州国芯瞄准当前智能设备的痛点——功耗大、计算慢等问题，发布了搭载NPU的物联网人工智能芯片——GX8010。

AI产业已经进入AI产品的爆发增长期，而核心芯片将成为制约未来人工智能产业发展的关键。从目前人工智能“云+端+芯”的发展模式来看，云端未来将从以GPU占据主导的市场发展成以CPU、GPU、TPU、FPGA的多芯片协同计算场景。

而出于对实时性的要求，以及安全性的考虑，云端的部分AI能力将继续向终端下沉。终端的AI计算能力需要专业的AI芯片提供低延时、低功耗、高运算能力方面的支撑。国芯此次发布会上推出的GX8010芯片中内置的gxNPU，可解决传统芯片在神经网络运算时效率低下的难题。

传统芯片中普遍采用CPU处理器，但随着神经网络逐渐变大，高运算量和高吞吐率使得CPU负重。从CPU到DSP、GPU再到NPU处理器的性能不断地提升。NPU专门为神经网络计算而设计，所采用的“数据驱动并行计算”模式非常符合深度学习的运算特点。

考虑到物联网应用中的成本和功耗因素，这一代的gxNPU中并没有堆砌非常多的MAC阵列，而是选择了64x64的配置。但在典型应用的性能评测中，gxNPU@200MHz仍然比树莓派中的多核CPU@1GHz，快了近30倍，能效提升100倍以上。

AI交互是一个复杂的过程，仅以语音交互为例，就需要打通从声学感知、信号处理、检测识别、深度学习、输出反馈等诸多环节。传统芯片无法开放更多接口，而通过器件扩展导致前端计算量突增。

为了解决交互成本高，系统复杂的方面，国芯GX8010芯片集成了Cadence Tensilica最高阶的语音DSP Hifi-4。同时GX8010芯片中支持8通道麦克风接口，不仅支持PDM和I2S数字接口，还内置了8路ADC直接支持模拟麦克风。

GX8010还在片内通过SIP的方式直接集成了一颗DRAM，大幅降低整体产品的BOM成本。尤其在智能音箱、语音交互模块等语音应用领域，具有强竞争力。

3. 低功耗瞄准当前智能设备的痛点

一直以来，智能产品还摆脱不了功耗方面的困扰。以市面上的智能音箱为例，大多数AI音箱还离不开电源，应用场景束缚在家中。对于功耗问题，利用多核异构的优势合理安排每个模块的工作频率和启停时机，据第三方相关测试表明在离线语音交互的场景下全速运行，GX8010的功耗可以做到0.7W以内（包括DRAM）。

不仅如此，GX8010提出了多级唤醒机制，可以根据是否有声音、是否有人声，是否是关键词这多个等级来做硬件划分，逐级唤醒系统，有效的解决了功耗的问题。

在待机时，GX8010应用最新的VAD（Voice Activity Detection）技术，检测麦克风有没有语音输入，一旦接收到语音指令，DSP程序启动降噪，接着NPU启动激活词识别，如检测到关键词才激活整个应用系统。

这种逐级唤醒的机制，既保证了语音助手能实时响应指令，又能大幅延长设备的续航时间。据测试，GX8010可以在0.05W的待机功耗下实现语音唤醒。

GX8010这款芯片将重点应用于智能音箱、带有语音接口的智能终端产品、以及智能玩具等市场。