英特爾張宇： 用“芯”深耕智能制造，聚力構(gòu)筑可持續(xù)未來

英特爾公司高級首席AI工程師、視頻事業(yè)部全球首席技術(shù)官張宇博士

近年來，隨著數(shù)字經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展，工業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型正在逐漸步入“深水區(qū)”，智能制造正面臨著巨大的發(fā)展機遇。

行業(yè)報告顯示，從2021年至今，全球智能制造市場體量增長達(dá)50%，約2/3的制造商已引入智能生產(chǎn)設(shè)備來制造商品并實現(xiàn)產(chǎn)線維護¹。與此同時，超過60%的制造企業(yè)采用了AI先進技術(shù)來提升生產(chǎn)和運營效率²。全球智能制造市場預(yù)計將以18.5%的年復(fù)合增長率持續(xù)增長，并于2027年達(dá)到約2282億美元³。在智能智造浪潮席卷全球的趨勢下，工業(yè)制造業(yè)的發(fā)展也已成為中國實現(xiàn)穩(wěn)增長、穩(wěn)經(jīng)濟的關(guān)鍵要素之一。2022年，中國全部工業(yè)增加值突破40萬億元大關(guān)，占GDP比重達(dá)33.2%；其中制造業(yè)增加值占GDP比重27.7%，制造業(yè)規(guī)模連續(xù)13年居世界首位⁴。中國制造業(yè)的規(guī)模效應(yīng)以及完備的產(chǎn)業(yè)鏈，勢必能夠成為其長期發(fā)展智能制造的優(yōu)勢。

但是，在制造業(yè)如火如荼發(fā)展的背后，我們同樣不能忽略能源利用效率的提升。相關(guān)統(tǒng)計顯示，工業(yè)能耗已占到了社會總能耗的24.2%⁵，因此實現(xiàn)智能制造的低碳化轉(zhuǎn)型成為整個行業(yè)升級的必由之路。

智領(lǐng)革新：以軟硬件創(chuàng)新多維推動可持續(xù)發(fā)展

長期以來，英特爾一直在深耕制造業(yè)領(lǐng)域，憑借多樣化的產(chǎn)品組合和端到端整體解決方案，推動工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的低碳化和數(shù)字化轉(zhuǎn)型，并通過包括無所不在的計算、無處不在的連接、從云到邊緣的基礎(chǔ)設(shè)施、人工智能、傳感和感知在內(nèi)的“五大超級技術(shù)力量”為行業(yè)變革提供價值，助力實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)。

在此過程中，英特爾始終秉承著對于可持續(xù)發(fā)展的長期承諾，努力從多維度塑造更加負(fù)責(zé)任、包容且可持續(xù)的未來。早在1994年，英特爾就發(fā)布了第一份企業(yè)社會責(zé)任報告，設(shè)定了可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)并進行持續(xù)追蹤。不久前，英特爾還承諾，到2030年，在全球業(yè)務(wù)中100%使用可再生電力；到2040年，實現(xiàn)全球運營溫室氣體凈零排放的目標(biāo)。我們還致力于在自身的運營、供應(yīng)鏈以及產(chǎn)品的營銷和使用中，減少碳足跡。在2021年，英特爾節(jié)電超過1.62億度，并節(jié)約了超過93億加侖的運營用水。同時，我們還將溫室氣體排放減少到2%，將廢物填埋率降至5%。

與此同時，英特爾還在持續(xù)通過軟硬件技術(shù)創(chuàng)新尋求新的突破，以減少數(shù)據(jù)處理與傳輸中的碳足跡，并加速“碳中和”與“碳達(dá)峰”目標(biāo)的實現(xiàn)。在硬件方面，從2010年至2020年，英特爾筆記本處理器產(chǎn)品的運算效率提升14倍。在筆記本和臺式機處理器產(chǎn)品中，英特爾已經(jīng)開始采用大小核技術(shù)，從而兼顧高性能與低功耗的要求。英特爾計劃在2030年前，將客戶端和服務(wù)器微處理器的產(chǎn)品能源效率提升10倍。這將極大降低人們在日常學(xué)習(xí)和工作中產(chǎn)生的碳排放。為提升服務(wù)器的整體能效，英特爾推出了模塊化服務(wù)器的技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)，通過其高度靈活的擴展能力助力未來數(shù)據(jù)中心產(chǎn)業(yè)向低碳轉(zhuǎn)型。為幫助數(shù)據(jù)中心提升可靠性和效率，英特爾還為用戶提供了數(shù)據(jù)中心管理平臺軟件解決方案，以幫助用戶收集和分析數(shù)據(jù)中心中各種設(shè)備的實時電源和散熱狀況等數(shù)據(jù)，為智能決策提供堅實基礎(chǔ)。此外，英特爾還于不久前發(fā)布了集成vRAN Boost的第四代英特爾^?至強^?可擴展處理器。與上一代相比，該款處理器能夠在不增加功耗的情況下提供兩倍容量，并額外節(jié)省高達(dá)20%的能耗，這可使工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的每瓦性能提升一倍，并滿足其關(guān)鍵的性能擴展和能效需求。

軟件對于實現(xiàn)節(jié)能減碳也同樣十分重要，尤其在行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型過程中，軟件定義已成為大勢所趨。我們不僅可以通過軟件充分利用硬件功能，還能夠把分布式組件有機連接起來，形成一個端到端系統(tǒng)，以實現(xiàn)系統(tǒng)效率最大化。為此，英特爾打造了oneAPI軟件工具，以一款解決方案來支持多種架構(gòu)。通過英特爾oneAPI工具包，開發(fā)者能夠使用統(tǒng)一、開放且基于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的編程模型訪問英特爾基于不同計算架構(gòu)的產(chǎn)品。這不僅可以釋放底層硬件的性能潛力，還能夠降低軟件開發(fā)和維護的成本，并且加速部署。此外，為滿足人工智能應(yīng)用對算力以及功耗的多樣化需求，英特爾還推出了深度學(xué)習(xí)的部署工具套件OpenVINO^?。OpenVINO^?與oneAPI的結(jié)合，可以幫助開發(fā)者將開放框架上所開發(fā)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型部署在基于不同架構(gòu)的邊緣平臺之上，來執(zhí)行人工智能的推理操作。開發(fā)者可以在代碼不變的情況下，將程序跑在不同硬件平臺之上，實現(xiàn)一次編寫，任意部署，從而降低開發(fā)成本與能源消耗。

共塑未來：以生態(tài)之力打造云網(wǎng)邊低碳基礎(chǔ)設(shè)施

為讓節(jié)能減碳技術(shù)直接服務(wù)于日常的生產(chǎn)與生活，英特爾還與生態(tài)伙伴一道進行了大量的創(chuàng)新和實踐，不僅大力驅(qū)動低碳數(shù)據(jù)中心的發(fā)展進程，還持續(xù)通過智能邊緣計算構(gòu)建低碳基礎(chǔ)設(shè)施。

由于數(shù)據(jù)中心能源側(cè)的碳排放主要來自于IT設(shè)備和基礎(chǔ)設(shè)施的電力消耗，因此英特爾主要通過定制CPU設(shè)計、先進液冷技術(shù)及智能節(jié)能技術(shù)助力數(shù)據(jù)中心的低碳創(chuàng)新。針對IT設(shè)備，英特爾通過CPU定制化來實現(xiàn)CPU配置與應(yīng)用負(fù)載的匹配，進而提高芯片能效，并幫助客戶達(dá)到節(jié)能、降本、增效的目標(biāo)?；诖?，我們與百度合作打造的CPU微架構(gòu)設(shè)計可在滿足業(yè)務(wù)需求的情況下提升主頻、增加核數(shù)，提升能效比，讓性能更貼近于業(yè)務(wù)需求目標(biāo)。同時，英特爾還通過打造先進的液冷技術(shù)大幅節(jié)省耗電量，應(yīng)用液冷技術(shù)的數(shù)據(jù)中心機房整體能效可得到30%以上的提升。隨著數(shù)據(jù)中心單機柜功率密度不斷提高，液冷技術(shù)還可以帶來更為直接的散熱優(yōu)勢。為推動液冷技術(shù)普及，英特爾和行業(yè)伙伴共同發(fā)表了《冷板液冷系統(tǒng)設(shè)計參考》，系統(tǒng)闡述了冷板液冷系統(tǒng)設(shè)計的相關(guān)要求，以及未來液冷系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)該遵循的規(guī)范要求，可為數(shù)據(jù)中心液冷方案的設(shè)計與研究提供借鑒。除了以上兩項技術(shù)，AI能效管理系統(tǒng)也成為了數(shù)據(jù)中心節(jié)能減排的關(guān)鍵要素。英特爾與VMware以及云創(chuàng)遠(yuǎn)景公司合作，利用人工智能技術(shù)針對數(shù)據(jù)中心機房的高密度傳感器所采集到的數(shù)據(jù)進行處理，以達(dá)到實時控制的目標(biāo)，將平均能耗降低30%以上。

節(jié)能減碳技術(shù)不僅應(yīng)用于后端數(shù)據(jù)中心，在邊緣側(cè)也得到了愈發(fā)廣泛的應(yīng)用。隨著以機器人和人工智能為代表的數(shù)字化技術(shù)在其中正發(fā)揮著越來越重要的作用，英特爾正在與廣泛生態(tài)伙伴攜手致力于加速中國機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展，助力構(gòu)建低碳基礎(chǔ)設(shè)施。例如，我們與天津新松智能合作，利用英特爾酷睿處理器+英特爾FPGA、OpenVINO?工具套件、oneAPI工具套件和工業(yè)邊緣控制軟件平臺，共同開發(fā)了工業(yè)巡檢機器人方案。該方案可以在復(fù)雜場景下完成高精度導(dǎo)航與智能路徑規(guī)劃，具有高度的任務(wù)執(zhí)行自主性、信息采集準(zhǔn)確性和數(shù)據(jù)回傳實時性。其中，F(xiàn)PGA為多傳感器接入的同步和預(yù)處理打下基礎(chǔ)；酷睿處理器為新松工業(yè)巡檢機器人提供了算力基礎(chǔ)；OpenVINO?工具套件為新松開發(fā)視覺算法提供了預(yù)訓(xùn)練模型以及必要的工具組件，oneAPI工具套件提供了對三維點云數(shù)據(jù)優(yōu)化加速所需的工具組件，整體簡化了視覺功能開發(fā)，還支持跨英特爾CPU、GPU、FPGA等多種硬件平臺完成人工智能處理；而工業(yè)邊緣控制軟件平臺則針對機器人的運動控制實時性進行了優(yōu)化。這種工業(yè)巡檢機器人在地處偏遠(yuǎn)的風(fēng)力發(fā)電站和太陽能光伏電站中已得到應(yīng)用，實現(xiàn)了在無人值守的情況下完成設(shè)備檢查、診斷和故障排除等工作。

展望未來，隨著數(shù)字化轉(zhuǎn)型的推進，越來越多的數(shù)字化應(yīng)用將不斷涌現(xiàn)，而這些應(yīng)用都離不開其背后的端到端數(shù)字化基礎(chǔ)設(shè)施。英特爾將繼續(xù)秉承“水利萬物而不爭”的生態(tài)之道，攜手更多行業(yè)伙伴以軟硬件并行發(fā)展的戰(zhàn)略賦能端到端智能數(shù)字基礎(chǔ)架構(gòu)，逐步實現(xiàn)低碳節(jié)能的目標(biāo)，努力創(chuàng)造改變世界的科技，造福地球上每一個人！