1、 方案背景與目標

隨著(zhù)全球實(shí)體經(jīng)濟與數字經(jīng)濟融合發(fā)展，社會(huì )對安全生產(chǎn)的重視程度不斷加強，工業(yè)企業(yè)數智化升級需求迫切。針對各行業(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)的可重構數據流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AI視頻分析解決方案，可對前端圖像數據進(jìn)行實(shí)時(shí)識別分析預警，并通過(guò)AI推理平臺對預警結果進(jìn)行直觀(guān)展示。

通過(guò)深度學(xué)習算法對接入的視頻進(jìn)行數據處理，識別作業(yè)區域的人員安全帽、工服，違規區域人員闖入，以及液體泄露、煙霧、火焰等環(huán)境風(fēng)險，實(shí)時(shí)查看 AI 報警分析結果和視頻流數據，實(shí)現風(fēng)險報警處理率80%，違規數量較部署前降低30%，人員管理效率提升70%，企業(yè)安全監管效率和應急處理效率提高30%。該方案涵蓋安全生產(chǎn)、儲存、使用、經(jīng)營(yíng)、運輸等環(huán)節，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、生產(chǎn)設備、特殊作業(yè)的實(shí)時(shí)智能監測報警，助力化工、石油、礦山、能源等20+行業(yè)實(shí)現安全生產(chǎn)管理智能化。

2、 方案詳細介紹

圖1.基于可重構數據流的AI視頻分析解決方案

鯤云科技的智慧安監AI視頻分析解決方案，其AI算力層基于鯤云科技數據流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)習算法，高精度圖像算法，準確率達95%以上；平臺層采用人工智能圖像識別推理平臺“星云AI視覺(jué)分析平臺”，軟硬件深度結合。其中，

（1）算力層：基于數據流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據流AI芯片CAISA，提供不同邊緣計算平臺，支持橫向擴縮容的多類(lèi)型計算節點(diǎn)，實(shí)現多路視頻結構化分析，具更高的算力性?xún)r(jià)比；最低3ms延時(shí)，更適合實(shí)時(shí)應用；提供PCIe 3.0*8 接口，適用于邊緣端服務(wù)器設備，部署簡(jiǎn)易，應用設備為服務(wù)器、工作小站、工控機，可適配多種計算平臺。搭載基于數據流AI芯片的加速卡其利用率可高達95.4%，相比市面常用深度學(xué)習加速硬件提供最高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)比的計算加速方案。

（2）軟件層：高精度場(chǎng)景算法，準確識別異常，提升安全管理效率

算力層以搭載數據流AI芯片的AI加速卡、AI智能分析服務(wù)器為核心，視頻數據通過(guò)硬盤(pán)錄像機進(jìn)行存儲，同時(shí)通過(guò)本地網(wǎng)絡(luò )傳輸到AI分析服務(wù)器進(jìn)行視頻解碼，搭配人工智能后臺的深度學(xué)習算法進(jìn)行人員行為、環(huán)境狀態(tài)、物體設備的實(shí)時(shí)分析和識別，發(fā)現異常則及時(shí)預警。

依托安監場(chǎng)景通用算法或基于園區場(chǎng)景數據定制開(kāi)發(fā)的高精度算法，對監控視頻圖像的智能分析，捕捉特定目標，提取需求屬性，識別違規現象，做到事前預警、事中管控、事后取證。

（3）平臺層：人工智能圖像識別推理平臺，實(shí)現軟硬件深度融合

基于自主研發(fā)的數據流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，平臺層采用人工智能圖像識別推理平臺“星云AI視覺(jué)分析平臺”，可以實(shí)現人工智能算法快速落地，由網(wǎng)頁(yè)端節點(diǎn)和智能計算服務(wù)節點(diǎn)構成，部署安全帽識別、反光衣識別、生產(chǎn)設備狀態(tài)識別等智慧安監算法，支撐采油廠(chǎng)、化工園區、工業(yè)園區、建筑工地、水泥廠(chǎng)等園區場(chǎng)景實(shí)現安全管理智能化。平臺支持多種流媒體服務(wù)平臺接入，充分兼容已有安防監控系統，可通過(guò)DVR、NVR、平臺SDK等快速集成，支持多種部署架構，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)層的算法調用API，助力企業(yè)按需定制。

3、 代表性及推廣價(jià)值

（1）核心競爭力：95.4%高算力利用率的數據流架構CAISA

人工智能領(lǐng)域應用目前處于技術(shù)和需求融合的高速發(fā)展階段，不同行業(yè)對AI算力的需求正處于高速增長(cháng)，成本考量和物理學(xué)特性等因素將會(huì )壓制傳統AI硬件性能的上升勢頭。傳統的指令集架構是目前國內外研發(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，指令內部的計算單元會(huì )出現閑置等挑戰，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)的邊緣計算中更廣泛的AI推斷算力需求，鯤云科技提出新的AI計算平臺的架構實(shí)現方式——自主研發(fā)“定制數據流架構”CAISA3.0并發(fā)布全球首款可商用數據流AI芯片CAISA，目前已實(shí)現量產(chǎn)。相對于傳統指令集架構下的AI芯片，CAISA芯片真正實(shí)現底層架構創(chuàng )新，不存在指令依賴(lài)，依托數據流的流動(dòng)次序控制計算執行次序，數據計算與數據流動(dòng)重疊，實(shí)現芯片實(shí)測算力上的技術(shù)突破。

不同于基于馮諾依曼的指令集架構，數據流架構依托數據流的流動(dòng)次序控制計算執行次序。在這種計算方式下，解決指令集架構的幾大核心問(wèn)題：

①　數據流架構中數據流動(dòng)次序即計算執行次序，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)的計算單元閑置；

②　數據流架構支持時(shí)鐘級的精確計算，每個(gè)數據流動(dòng)及計算在每個(gè)時(shí)鐘都可精確預計，從而支持將數據流動(dòng)與計算深度重疊，大幅降低計算單元閑置；

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

該芯片架構具有的技術(shù)理論優(yōu)勢主要有三個(gè)方面：

①　高算力性?xún)r(jià)比：CAISA芯片實(shí)測芯片利用率高達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　高架構通用性：支持各種深度學(xué)習算法，包括目標檢測、分割、分類(lèi)等領(lǐng)域應用的主流算法；

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

定制數據流CAISA架構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)現了AI計算加速方案產(chǎn)品的量產(chǎn)化。

（2）推廣價(jià)值

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

基于可重構數據流AI芯片推出的AI視頻分析解決方案，解決了傳統安監系統視頻結構化數據利用率低、監控過(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民支柱行業(yè)的智能化升級和安全生產(chǎn)監控，實(shí)現從芯片到操作平臺、用戶(hù)最終界面的一體化標準。

方案能夠充分利舊降低成本，兼容已有監控系統，基于原有攝像頭進(jìn)行圖像分析，適合批量上線(xiàn)，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、報表圖表、反饋、提供決策依據和管理依據，讓系統代替部分人工崗位，使管理效率和應急處理效率更高。

該方案榮獲中國電子技術(shù)標準化研究院“AI芯”標準典型應用案例、中國石油和化學(xué)工業(yè)聯(lián)合會(huì )年度智慧化工園區適用技術(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)品等多項行業(yè)認可。通過(guò)發(fā)揮算力與算法的聯(lián)合優(yōu)勢，提升風(fēng)險識別準確率、預警響應速度、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、全員參與不充分、整改情況難追溯等痛點(diǎn)難點(diǎn)問(wèn)題。