一年一度的Google I/O大會近日在美國矽谷登場；繼去年發表開放源碼TensorFlow 演算法之後，Google在會中宣佈已經開發了針對人工智慧(AI)應用的加速器晶片，稱之為張量處理單元(tensor processing units，TPUs)。

Google執行長Sundar Pichai表示：「我們已經開始打造TPU，與市面上的FPGA和GPU相較，其每瓦性能呈倍數提升，而它們啟動了AlphaGo系統；」AlphaGo就是在不久前擊敗人類圍棋高手的Google人工智慧。

而根據Google一位傑出硬體工程師Norm Jouppi在一篇部落格文章中的說法，該種加速器早在一年多前就運用於Google的資料中心：「TPU已經啟動許多Google的應用，包括用以改善搜尋引擎結果關聯度的RankBrain，以及在街景服務(Street View)改善地圖與導航的精確度與品質。」

Jouppi表示，TPU晶片內含於一個插入伺服器機架硬碟插槽的模組；Google工程師在22天前才拿到首批測試晶片；有鑑於AI演算法的本質：「該晶片對於降低的運算精度有更高容忍度，也就是說它每次運作需要的電晶體越少，並因此能達到更高的每秒運算次數。」

TPU的開發案在數年前就已經展開，Google有一段時間曾招募不少具備半導體專長的工程師；不過一切研發活動都是秘密進行，就算該晶片其實已經運用於系統中。

Google的TPU晶片位於插入伺服器機架硬碟插槽的一個模組上 (圖片來源：Google)

Google並非第一家專門為AI應用設計加速器晶片的公司；美國業者Nervana Systems正準備推出將採用自家開發AI加速器之雲端服務，另一家公司Movidius則是已經推出針對嵌入式應用的商業化晶片，最近還透露了開發高階版本的計畫。

運算產業在過去幾年廣泛討論如何更妥善加速新興AI演算法，例如卷積神經網路(convolutional neural networks，CNN)；到目前為止，微軟(Microsoft)、百度(Baidu)是選擇在他們的雲端服務採用FPGA加速器，而Facebook則是自己設計GPU加速器並開放其架構。

自從大約三年前展現了在影像識別方面媲美甚至超越人類的能力，AI演算法變成產業當紅炸子雞；Google不久前展現了AI下圍棋的傑出表現，又將這場複雜的市場競賽推向新里程碑。Pichai表示，AlphaGo人工智慧在那場與人類高手的對弈中，充分展現其創造力：「我們通常不會認為電腦能做出具創意的選擇，因此這是AI非常大的進展。」

Google並未公開任何關於TPU晶片的細節，Pichai僅表示，去年發表的TensorFlow演算法，已經成為GitHub平台上最受歡迎的軟體專案；而也不必期待Google會將該晶片賣到市場上，因為他表示，TPU硬體會是Google雲端平台最大的差異化優勢之一。

Pichai並提供了Google如何利用AI提升機械手臂精確度的案例，此外其AI技術也應用於一種專門系統，可透過早期診斷來預防糖尿病引起的失明；他結論指出：「我們生活在一個運算的非常時期…真正的考驗在於人類是否能透過AI的協助做更多事情，因此過去的不可能或許會變成可能。」

Google聲稱其TPU晶片採用的製程領先三個世代，對此市場研究機構Tirias Research的資深分析師Kevin Krewell表示：「TPU可能將也許是16位元浮點甚至更低精度整數運算的特定數學運算精度最佳化；」他並指出，TPU看來是鎖定在卷積神經網路的推論(inference)部分，而非訓練(training)的部分。

「推論只需要較低複雜度的數學，而Google顯然是將那個部分的方程式最佳化；」Krewell指出：「訓練則要求非常大的資料集，但TPU可能沒有針對此部分最佳化。在這個方面，Nvidia的Pascal/P100仍會是對Google來說具吸引力的方案。」

VR、可穿戴式裝置與智慧家庭

除了公佈TPU晶片這個大新聞，Google I/O也趕上了競爭對手如Amazon、Apple與Facebook的腳步，發表在虛擬實境(VR)、智慧家庭、智慧手錶方面的相關成果。

在VR領域，Google不會自己製造硬體，但發表了一款針對VR頭戴式裝置與控制手把的參考設計，採用Android N作業系統；該作業系統的試用版本現在已經提供，預計採用該作業系統的首款VR裝置將在今年秋天問世。

Google將其VR解決方案命名為Daydream，並與手機、晶片供應商合作定義了針對智慧型手機應用的規格；預期包括HTC、華為(Huawei)、LG、Samsung與小米(Xiaomi)等品牌將推出支援Daydream規格的手機產品。

Android N號稱能將VR延遲性降低到20毫秒(milliseconds)，Google正在與遊戲、電影開發商合作，準備推出Android N專屬的VR內容；Google也將在其他自家服務支援Daydream VR，包括YouTube視訊、Google Photos以及Google地圖的街景服務。

整體看來，Android N將包含250種新功能，包括對Vulkan繪圖應用程式介面(API)的支援；該API也應用於桌上型電腦與遊戲機；此外該作業系統內建檔案加密功能，支援更快的運作時間(runtime)以及新的即時(JIT)編譯器，能更快載入應用程式同時佔用更少的記憶體空間。

此外Google宣佈將在今年秋天推出自家語音控制裝置，就叫做HOME；該產品將會跟Amazon Echo打對台。Google Home將扮演家用閘道器角色，將數位音樂、視訊傳送到家用揚聲器或是電視機；該裝置也內建喇叭，能連結到包括Nest智慧恆溫器等家用裝置，處理自然語言Google搜尋需求。

Google Home語音控制家庭助理將在今年秋天問世 (圖片來源：EE Times)

Google也在大會上發表了Android Wear 2.0，是針對支援蜂巢式通訊智慧手表應用，能支援對來自不同應用程式資料的更妥善組合與匹配。Google還提供了類似Apple FaceTime視訊電話應用程式──Duo的預覽，該軟體採用WebRTC標準的功能，能在接聽電話者接起電話之前看到來電者的影像，預計今年夏天推出同時支援Android與iOS的版本。

編譯：Judith Cheng

(參考原文： Google Designing AI Processors，by Rick Merritt)

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