無處不在的“芯”動力

在最近三五年中，芯片巨頭在關注哪些即將進入商業的技術？哪些商業又急需芯片技術的支撐？

芯片技術從五六十年前發明至今，一直是創新的動力。展望未來，“大腦芯片”、“量子芯片”等前瞻技術將驅動新一輪商業進步，創建另一個新世界。

人臉識別漸行漸近

五年前，英特爾中國研究院的一個小團隊“迷”上了熱播電視劇《大長今》，他們給自己設立了一個很具挑戰性的目標——把電視劇中男女主角一起出鏡的鏡頭全部自動分析出來。

即使在今天，識別技術更多地是對“受控狀態下”的圖片，像證件照等進行分析。若要分析表情豐富、濃妝淡抹或是姿態變換的畫面鏡頭是難上加難。

“我們漸漸發現最初設定的目標比較困難，于是在兩年前調整了方向。” 英特爾中國研究院嵌入式應用研究實驗室總監張益民博士對《IT經理世界》回憶說。最終，他們把目標定在比較實用的人臉檢測、跟蹤和識別上，同時也開展類似年齡、性別識別的有趣項目。

兩年后，在第三方基準評測中，英特爾人臉檢測算法的準確率排名第一，識別速度也是業界最快的之一。最近，在英特爾推出的感知計算SDK軟件開發包中，張博士團隊貢獻的人臉分析算法與英特爾全球其他團隊貢獻的手勢識別、語音識別等算法將一起被推向全球，張博士對此很自豪。

要想做出準確度高、速度快的人臉識別技術，難點是選取最優的特征和分類器組合?！斑@時候你要有打破常規的想法，比如別人最近都在用SVM（支持向量機），你不能跟風。有時候反其道行之，才能有突破性進展?！睆埐┦空f，“比如最近10年神經網絡不太流行，但我們在某些地方用了，效果很好。”

SDK軟件開發包推出后，在不久的將來，各種企業將利用這個開發包開發出有趣、有價值的應用。例如，這些算法可以作為增強現實應用的基礎，識別跟蹤人臉后，給他“戴上眼鏡”，在線虛擬試眼鏡；也可以虛擬美容、虛擬化妝。最近，三星智能手機上有一款應用，可以辨識出照片上某個人，并給這個人發短信；未來商務人士還可以佩戴一個特殊嵌入式設備，幫助他識別商務派對上走過來的人，在耳機中告訴他“這是某公司的王總”......張博士說，他們正在探討以多種方式協助生態系統開發應用。

不過，張博士坦言，包括社交應用在內的很多基于人臉識別的應用才剛剛開始?，F在實用的是拍照時的人臉檢測、笑臉識別。由于人臉識別需要大量的機器交互學習過程，這是一個持續改進的過程。

張博士團隊正在努力推進另一個項目是化身聊天技術。這是一種全新的聊天工具，通過人臉表情跟蹤和動畫等技術讓聊天者之間能以虛擬形象進行實時視頻通話和互動。

這個項目起源于三四年前英特爾研究院的另一個項目。當時一些研究人員正在參與類似“Second Life（第二生命）”的虛擬世界相關的研究項目，Second Life是美國一個非常受歡迎的電腦網絡虛擬游戲。游戲中，人們生成自己的虛擬模型，在虛擬世界中用自己憧憬的方式生活。

兩年前，當張博士團隊的研發焦點轉向嵌入式平臺時，要在資源受限的嵌入式平臺繼續虛擬世界相關的項目是比較困難的，他們要調整最初的研究方向?！拔覀兛吹郊词菇裉煸?G網絡上用Facetime視頻聊天也比較困難，在帶寬受限的情況下，我們想到了化身聊天技術?！彼f。

這種全新、符合移動設備省電又省流量的溝通方式確實將即時通信推向新的階段。“想想看，我們以前用文字、語音和視頻聊天，但有了化身聊天技術，你的好友雖然是一個虛擬形象，但看上去栩栩如生，可以對你的話做出高興、憤怒、厭惡、恐懼、悲傷和驚奇等自然反應，這種交流體驗應該很有趣?！睆埐┦空f。

與人臉識別一樣，這項技術要做到形象逼真、表情自然和實時互動，門檻也很高——它要自動跟蹤人的細微表情，實時將這些表情變化細致地映射到動畫上，而且又不能像電影那樣對每一幀畫面都用上好幾個小時或者好幾天去制作。

不過，張博士透露這個項目在他們內部進展順利?！鞍次覀兡壳暗倪M度情況，會在一年內進入實用，而且將跨越從個人電腦到智能手機等不同平臺?！睆埐┦繄F隊在開展跨平臺項目中也一改原來基于個人電腦平臺開發算法、然后修改移植到智能手機平臺的做法，而是針對不同平臺設計不同開發目標，并行推進，達到更好的產業化目標。

現在，張博士他們還在嘗試物體識別。業界已經可以識別一張光盤封面、一幅畫，但張博士團隊要做更復雜的識別，例如對衣服、花朵進行識別，未來可以用到增強現實應用中。

“有了最基礎的算法和框架后，未來可能我們會有更有趣的想法，另外我們也會把我們在人臉分析上的經驗充分利用到物體識別領域，畢竟人臉分析和物體分析是可以相互借鑒的?！?張博士對記者說。

擴增實境還遙遠嗎？

5年前，高通總部研發部門的一隊人馬開始對全球所有從事擴增實境技術研發的團隊展開調查，為之后的技術收購做準備。高通研發部門一直以通信標準和技術聞名，現在在新一輪業務拓展中，他們鎖定了擴增實境技術。

擴增實境到底是什么？

在“谷歌眼鏡”的宣傳視頻中我們看到這樣的神奇場景：主人公起床后，視野中便出現當日日程安排；抬頭望一眼天空，便顯示出天氣和氣溫；在馬路上行走時，每到一處導航信息會自動浮現；到達地鐵時，自動顯示地鐵停運信息；輕掃一眼某個店家就能完成簽到和優惠信息接收……視頻最后，主人公在美麗的夕陽下和一名朋友聊天，他們共享視野中美妙的畫面。

“谷歌眼鏡”呈現的美妙生活就基于“擴增實境”技術，它是把你看到的每一處真實環境都疊加上虛擬信息，并呈現在同一畫面上。導航是一種比較早的擴增實境技術。導航設備通過GPS定位知道你在哪兒，獲得“實境”，然后再把你周邊的地圖虛擬信息疊加上來，從而給你指路。

擴增實境雖然是業界巨頭都向往的前景技術，但在5年前，人們還不敢想象在手機這樣的移動平臺上去實現它。但從事移動通信技術的高通，一開始就把研發目標定在移動平臺上。而且，考慮到智能手機天生都有攝像頭這個“眼睛”，高通選擇了“基于視覺識別”的擴增實境技術路線，讓手機去“看”去“識別”，在識別的基礎上再疊加虛擬內容。不過，這條技術道路要比基于GPS定位系統的擴增實境要難得多。

“舉個例子，你要去識別植物園里的樹，即使在今天，技術上都還是非常困難的?！备咄璨┦繉Α禝T經理世界》介紹說，“技術上可能只能識別幾種。這其中的難點是基本算法?！?/p>

認識到這一點，高通把原來隸屬于擴增實境部門的計算機視覺（CV）基礎算法研發團隊分離出來，成立獨立部門，專門開發物體檢測、跟蹤、識別的核心算法。凌博士就在這個部門。

最近高通推出一個軟件開發包，名為FastCV，就是這個部門的研發成果。從字面上看，FastCV要實現快速識別，這是因為擴增實境要求識別是實時的。同時，若在移動平臺上完成擴增實境，就要優化算法、降低運算量，畢竟手機的運算能力比PC要差一個數量級。

擴增實境還需要強勁的“芯”。既然手機資源有限，就要利用幾乎所有能用上的資源。除了手機處理器的CPU外，還要盡量利用DSP（數字信號處理器）、GPU（圖形處理器）等資源。特別是考慮到GPU并行處理的高級運算能力，高通目前把大部分FastCV算法放到驍龍處理器的GPU上完成。高通還在芯片中放入CV模塊，甚至結合手機加速度計等傳感器的運算信息，提高識別跟蹤物體的速度。

兩年前，高通在業界第一個推出了基于移動平臺的擴增實境軟件開發包，之后這個開發包不斷升級，并擴展到支持安卓平臺和iOS平臺。最近，記者在視頻中看到高通擴增實境新老版本開發包性能對比——轉動一個茶杯墊，上面會疊加上一個茶杯，茶杯墊轉快點，老版軟件疊加的茶杯有時不見了，有時出現抖動，新版軟件中疊加的茶杯就很穩定。這就有賴于物體識別、跟蹤算法的改進。

去年，高通為自己的擴增實境開發平臺買來一個好聽的名字——Vuforia，意思是快樂的眼睛。在過去一年，業界基于它開發出的應用已超過1000款。

凌博士把這上千款應用大體分成三類，其中一類是游戲（Gaming and play）。他自己玩過的一個游戲是拳擊比賽——兩部手機的攝像頭對準一張特定圖片，手機上就會顯示出一個拳擊場和兩個拳擊手，每部手機控制一個拳擊手，就可以打拳擊比賽了。還有一類是教學和教育（instructional and education）。在去年高通舉辦的中國高校AR競賽中第一名獲獎者開發的應用就利用擴增實境來教孩子物體的三態轉換。當攝像頭對準圖片，例如畫了一塊冰的圖片，手機上顯示出冰塊，把一個畫了一團火焰的圖片放到冰的下面，冰塊就融化了。另外一類應用是交互式媒體（interactive media），現在一些公司甚至球隊已經用擴增實境技術策劃超出想象力的互動廣告。

不過，擴增實境技術在應用上仍然還處于一個嘗試階段。記者獲知國內公司像騰訊、華為、聯想等都已開發擴增實境應用，但還沒有人掙到錢?！拔覀€人認為，這是因為在全球還沒有找到殺手級應用?！?凌博士說。

下一步，高通擴增實境技術研發方向一個是與云計算結合，一個是對三維物體的識別。這兩個技術方向，讓手機識別的東西更多、更快，那樣，谷歌眼睛中描述的美妙場景離我們就會越來越近。

下一代無線互連

想象這樣一個世界：家庭成員把自己喜歡的高清視頻通過無線傳送到不同房間，孩子在手機上把他最新制作的高清影片上傳到YouTube，父母在平板電腦上瀏覽各類高清視頻。隨著基于802.11ac新標準的第五代無線局域網技術（Wi-Fi）推出，這樣的數字家庭生活將成為現實。

“這個時代，使用者的習慣在改變，互聯網視頻更加流行?！?博通公司無線互連組合芯片事業部中國區總經理周晏逸先生對《IT經理世界》說。他們預計到2015年，91%的線上內容是視頻，而且視頻的使用量比現在增長四倍。除了內容的變化，使用者的設備選擇也在改變。“未來55%的視頻將不是在臺式機、筆記本上觀看的，而是通過機頂盒甚至游戲機發送到你的智能手機或者平板電腦上?！?/p>

消費內容和使用習慣的改變，推動著Wi-Fi無線技術快速演進。周先生還記得，10年前一位博通同事送給當時還在負責以太網業務的他一臺Wi-Fi無線路由器，這是博通第一代Wi-Fi產品，基于業界第二代Wi-Fi標準（802.11b），理論最高速度僅為11Mbps。當年，電腦上以太網的速度正從百兆（100Mbps）進入千兆時代（Gbps），雖然相比之下，Wi-Fi無線技術有些慢，但周先生依然感受到無線技術帶來的便利性?！拔铱梢栽诳蛷d甚至離家不太遠的地方聯網。”Wi-Fi無線技術覆蓋的半徑可達100米，整棟辦公樓都能覆蓋，家庭自不用說。

自那之后，Wi-Fi無線技術經歷快速升級：從最高速率達54Mbps的第三代技術（802.11g），演進到最高速率達450Mbps第四代技術（802.11n）。

2008年，業界早已著手研究第五代Wi-Fi無線技術（5G WiFi）。“為什么要研發5G WiFi呢？這是因為視頻用量持續增加。”周先生說。不過，業界必須在5G WiFi設備上市之前解決一些重要、復雜的技術難題。

5G WiFi的一個標準技術是Beamforming（波束成形），這是個極復雜的技術，能夠讓Wi-Fi覆蓋得更好，解決傳輸不到的死角問題。Beamforming是通過集成在芯片上的數字信號處理器來實現的。

除了覆蓋問題，5G WiFi是第一個跨越千兆的Wi-Fi技術，理論最高速率可達1.3Gbps。

5G WiFi熱點還讓更多手機和移動互連設備上網，它的一個主要應用是家庭內高清視頻的傳輸?！澳壳霸诨诓┩ㄐ酒募彝P上，可以同時支持4個高清視頻容量使用?！敝芟壬e例。

5G WiFi設備的電池壽命也要更長。不過由于5G WiFi可以用更短的時間結束數據傳輸，之后進入空閑狀態。平均下來，耗電僅為四代Wi-Fi的1/6?！斑@一點很關鍵，因為5G WiFi在平板電腦、智能手機上的使用量在不斷增加。”

5G WiFi的另一個新特點是在5GHz頻段上工作，以往四代Wi-Fi （802.11n）設備在2.4GHz頻段工作，2.4GHz是個比較擁擠的頻段?！澳阏诳匆曨l，家中開個微波爐，視頻立刻就出現了馬賽克?！蔽磥?，用戶在5GHz上不會受到干擾，體驗會很好。

最近，工業和信息化部無線電管理局就5GHz頻段無線接入系統頻率等規劃征求意見。這意味著相關頻段的確定和發布已漸行漸近。不過，Wi-Fi芯片工作頻段越高，制造工藝也越復雜。

目前，5G WiFi仍然面臨很多難點。例如，波束成形從芯片實現到系統級別上的優化還需大量工作；在速率方面，目前使用的5G WiFi設備還與1.3 Gbps的理論峰值有一定差距，實際最高速率大概在800Mbps。影響5G WiFi速率的因素有多個，包括網絡開銷、干擾、擁擠和物理障礙、距離、同時連接的設備數量、路由器是否在兼容模式下運行等等，一些技術優化還有待業界突破。而且，5GHz頻段的頻率分配因國家和地理位置不同還有很大差別，這將增加向全球銷售設備的生產復雜性。

但技術進步腳步仍然很快。明年第一季度，博通兩款全新的應用于智能手機和平板電腦的無線接入組合芯片將量產。

“你聽說過Wi-Fi direct嗎？”周先生說，“這是點對點Wi-Fi技術，它甚至不需要一個AP（Wi-Fi熱點），就可以實現平板電腦、智能手機、TV等設備之間的傳輸?！痹谥芟壬恼雇?，未來主人公早上起床后把最新高清新聞視頻放到智能手機中，下樓開啟汽車后，智能手機上的內容經過Wi-Fi點對點技術，直接傳輸到汽車多媒體終端上，而Wi-Fi讓高質量智能連接生活無處不在。

汽車的“芯”難題

今年7月，日本豐橋技術科學大學在橫濱展示了一種電動汽車在行駛中充電的無線充電技術，司機未來在駕駛中不必惦記尋找充電站。

展臺鋪設著日本公路使用的10厘米厚混凝土磚塊，下面藏有發射源。兩個車用輪胎用電線連接，電線上還連著一個燈泡。當發射源功率上升到50瓦到60瓦時，電力穿過磚塊傳入汽車輪胎，燈泡被點亮了?！鞍l射源功率必須達到展示模型的100倍才能給行駛中的電動車充電。” 該項目負責人說，“不過，這在技術上沒有問題”。

在國內，奇瑞汽車前瞻技術科學院的實驗室臺架上也正在進行電動汽車無線充電試驗。因為試驗是高頻高壓的，大部分都通過遙控裝置操控?！艾F在充電樣機功率已接近1000瓦。”奇瑞汽車前瞻技術科學院方向性總工陳軍博士對《IT經理世界》記者說，“要達到實用，樣機功率要達到3000瓦以上，按照目前電動車配備的電池容量，將電池充滿大概是8個小時，可以實用?！彼麄冇型趦扇陜葘崿F這一目標。

電動汽車無線充電是這兩年炙手可熱的技術。從美國麻省理工大學到奧迪、豐田等車廠，再到德爾福、高通等一級供應商都在投資研發該技術。

如果這項技術產業化，未來在路上、在車庫、在購物中心停車場......我們隨時隨地都能給汽車充電。這不僅是方便性問題，據說全中國汽車都換成電動車，以現在晚上回家集中充電的方式，會帶來電網負荷不平衡、局部負荷緊張等諸多問題。靈活分散的無線充電方式，化解了沖擊電網的問題。不僅如此，無線充電還可以大幅減少電池使用量，降低電動汽車的成本?！艾F在鋰電池電動車售價一般在20萬元左右，其中一半的成本是鋰電池?！标愜姴┦空f。如果電動汽車成本大幅降低，普及也會更容易些。

奇瑞前瞻技術科學院是在2008年下半年開始研發無線充電技術的。最初，研發小組的目標是小功率充電技術，只有幾瓦，實現手機在汽車上的無線充電。現在，這個項目已經完成。之后，前瞻技術科學院又開展了“車內無線充電網絡”研發——車里有一個發射源，可以給車內很多電子設備，像車載導航等無線傳輸能量。

2009年，奇瑞開始研發大功率無線充電技術，希望實現電動汽車的無線充電。目前是靜態無線充電，充電距離大概是20厘米?！斑@個距離比較實用，因為車底盤距離地面一般在20厘米。”陳軍博士說。

在電動汽車無線充電技術上，全世界的研發機構和車企都在比拼兩件事——提高充電效率、降低電磁干擾?！俺潆娦试?5%以上才可以商用化。”陳軍博士說。目前大家做的樣機，效率一般在90%左右?！半姶鸥蓴_也被提了出來，無線充電不能給人體帶來傷害，不過現在能夠看到的研究還不太多?！标愜姴┦空f，“這是因為大家還是把主要精力放到技術實現上，現在技術還沒有做好?！?/p>

要提升發射源功率，奇瑞前瞻技術科學院遇到的一個難題是芯片方案。“現在基本上沒有專用芯片，我們的工程師要用一些分立器件、像MOS管子、大電容、電感去集成方案，這些器件既要是高壓的，也要是高頻的，選擇性很小，而且非常貴?！标愜姴┦空f。即使找到符合要求的高壓高頻的MOS管子，也不符合產業化要求，因為成本負擔太重。陳軍博士估計，充電裝置如果產業化成本要控制在2000元左右，目前搭出來的系統要七八千元。

在半導體業界，英飛凌、IR能提供這樣的高頻高壓器件，但沒有人能提供完整、經濟的方案。

不過，陳軍博士認為，樂觀估計，汽車無線充電商業化需要5年時間，這包括技術上的完善、用戶接受過程和政府的許可和規劃布局。

今年，令陳軍博士印象最深的是他在一個車展上看到的日本無線充電概念車?！澳鞘堑谝患乙哉囆问皆谲囌股狭料嗟臒o線充電概念車，在此之前，企業的宣傳不是視頻展示就是充電裝置展示?！彼f。

目前，電動汽車無線充電有兩種技術路線，一種是美國麻省理工大學馬林·索爾賈?？藞F隊創造的磁耦合諧振原理。德爾福就采用了這種技術路線。它的優點是容錯性很好，發射源和接受源不用對得很準，也能正常充電。另一種是新西蘭奧克蘭大學電磁感應式無線供電技術，該技術的優點是傳輸效率比較高。該專利群已被美國高通收購。今年下半年，高通在倫敦與雷諾和電動汽車新興企業英國Delta Motorsport啟動無線充電驗證試驗。

記者了解到，目前國內車企中奇瑞是唯一一家投入一定規模研發團隊來開展電動汽車無線充電的的車廠。不過，陳軍博士沒有透露該公司的技術路線。由于國內尚無標準組織，近期，奇瑞準備加入國外相關無線充電聯盟，來加快研發進度。