知存科技WTM存內(nèi)計算芯片原理分析

2023（春季）亞洲智能穿戴展第二日——2023（春季）全球藍(lán)牙音頻大會于3月30日在深圳福田會展中心5號館隆重舉行，本屆大會共計近百家企業(yè)參展，并吸引了數(shù)千觀眾參觀、選購。全球藍(lán)牙音頻大會創(chuàng)辦于2017年，前身為藍(lán)牙耳機大會，已經(jīng)連續(xù)舉辦6年、12屆，累計參會人員突破30000人，成為行業(yè)現(xiàn)象級大會，現(xiàn)已躋身全球影響最為廣泛的藍(lán)牙音頻技術(shù)大會之一。

演講嘉賓環(huán)節(jié)，知存科技FAE總監(jiān)陸彤為我們帶來了以《WTM存內(nèi)計算芯片助力音頻產(chǎn)品AI升級》為主題的演講，主要介紹知存科技公司相關(guān)信息和存內(nèi)計算原理，并向在場觀眾展示存內(nèi)計算芯片WTM2101相關(guān)特性及其在智能語音方面的相關(guān)應(yīng)用。

陸彤先生介紹道，知存科技創(chuàng)立于2017年，公司核心研發(fā)團隊則早在2013年就開始了存算一體項目的研發(fā)，且在2016年成功研發(fā)出全球第一個支持多層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的存內(nèi)計算芯片，首次驗證了存內(nèi)計算在深度學(xué)習(xí)應(yīng)用中的優(yōu)勢，在學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界受到廣泛關(guān)注。2020年知存科技推出了存算一體加速器WTM1001，2022年正式量產(chǎn)存算一體SoC芯片WTM2101并落地商用。今年知存科技將發(fā)布面向6-48Tops算力產(chǎn)品的WTM-8系列，該芯片將擁有全新架構(gòu)，可以更有效地助力客戶提升產(chǎn)品性能和用戶體驗。今年1月，知存科技完成國有資本領(lǐng)投的2億元B2輪融資，累計融資近8億元，商業(yè)化進(jìn)程和技術(shù)發(fā)展前景被廣泛看好。

近十年來，摩爾定律明顯放緩。通過上圖右側(cè)的圖表可直觀看出，在過去幾十年中，CPU性能呈數(shù)量級增長，然而存儲器的性能發(fā)展速度則明顯低于CPU的發(fā)展速度，二者之間的差距越來越大。隨著AI計算算力密度越來越高，就出現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)界所稱的“存儲墻”問題。存算一體技術(shù)被認(rèn)為是有效解決“存儲墻”問題的前沿技術(shù)之一。

在傳統(tǒng)的計算架構(gòu)中，存儲模塊與計算模塊是分開的，其工作流程為先從存儲單元選中對應(yīng)的行列數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)通道傳輸至計算單元，計算完畢后數(shù)據(jù)被放回至存儲單元，再取下一個數(shù)據(jù)。其缺點在于，每次計算時都需要在存儲與運算單元之間來回搬運，且搬運的過程會帶來時延的上升，影響信息時效性。而且在算力非常大的情況下，也會消耗更多的電能。

區(qū)別于傳統(tǒng)馮諾依曼架構(gòu)，存算一體架構(gòu)是直接使用存儲器件單元完成乘加計算，無需數(shù)據(jù)讀寫與搬運，可以在極低功耗下完成大規(guī)模的深度學(xué)習(xí)運算，大大提升運算效率，降低時延。

達(dá)摩院連續(xù)2022年和2023年將能夠突破內(nèi)存墻限制、有效提高AI算力的存算一體技術(shù)列入十大科技趨勢，非?？春么嫠阋惑w能夠帶來的強大科技創(chuàng)新動能。

WTM2101是知存科技在2022年3月正式量產(chǎn)并推向市場的全球首顆存內(nèi)計算SoC芯片，主要應(yīng)用于智能語音、智能健康等場景，具備高算力、高能耗、低功耗、多應(yīng)用等特點，最大模型參數(shù)可達(dá)1.8M。

與市場現(xiàn)有方案相比，WTM2101芯片可以在更低的功耗下，完成更為復(fù)雜的環(huán)境去噪、100命令詞識別、語音喚醒等算法，數(shù)據(jù)表現(xiàn)具備明顯優(yōu)勢。

通過WTM2101芯片架構(gòu)展示可以看到，其擁有3個計算單元，AI計算算力強于同類芯片，且擁有更低的功耗，在提升設(shè)備性能的同時，有效提高了續(xù)航與待機時間。同時針對音頻輸入，WTM2101也提供Analog和PDM編解碼以及旁路輸出，方便系統(tǒng)集成和拓展聲音信道。

作為一款通用處理器，WTM2101芯片可廣泛應(yīng)用在智能語音與智能穿戴領(lǐng)域，提供語音識別、語音增強、健康監(jiān)測、環(huán)境識別、手勢識別、運動識別、視覺識別、AOA定位等方案，幫助產(chǎn)品實現(xiàn)更出色的用戶體驗。

比如在AI增強方面，WTM2101芯片可在降低環(huán)境噪聲的同時，還原更清晰的人聲，該特性適用于耳機、對講機、助聽器、麥克風(fēng)等產(chǎn)品。

在關(guān)鍵詞喚醒和百詞語音識別方面，WTM2101芯片可在低功耗的狀態(tài)下實現(xiàn)1-20個詞的喚醒及40-300個詞的連續(xù)語音識別。

WTM2101芯片所擁有的環(huán)境識別特性也非常適用于可穿戴設(shè)備，可實時分析噪聲，識別周圍環(huán)境并定位所處場所，或識別特定事件，采取不同的降噪或通透策略。

在助聽/輔聽方面，WTM2101芯片能夠有效結(jié)合嘯叫抑制、環(huán)境聲抑制、人聲增強等功能，采用相應(yīng)算法，助力TWS耳機發(fā)揮聽力輔助功能，為聽障人士提供一定程度上的輔聽幫助。

目前WTM2101芯片已經(jīng)被應(yīng)用在TWS耳機、助聽設(shè)備、VR眼鏡、智能手表等產(chǎn)品中，以其高算力、低功耗的特性為產(chǎn)品帶來更強大的性能與更持久的續(xù)航，確保產(chǎn)品流暢地運行各項功能應(yīng)用。

知存科技專注存算一體芯片和技術(shù)，在產(chǎn)學(xué)研方面與國內(nèi)頂尖高校、研究所都開展了深度合作，成立聯(lián)合實驗室、共同承擔(dān)國家級和市級科研項目，保持技術(shù)領(lǐng)先。在市場生態(tài)方面，知存科技也在不斷優(yōu)化底層工藝，提升產(chǎn)品可靠性與穩(wěn)定性，調(diào)優(yōu)產(chǎn)品易用性，持續(xù)迭代WTM系列芯片產(chǎn)品，為業(yè)界同仁更快更好地實現(xiàn)AI功能落地提供強大助力。

編輯：黃飛