AI开源浪潮的新兴力量！OPEN AI LAB Edge AI推理框架Tenigne全解读
中国AI开源浪潮背景之下，AIoT激烈的落地战
自谷歌深度学习框架TensorFlow拉起开源大旗后，AI的框架开源逐渐成为学术界和产业界的趋势。
TensorFlow之外， Keras、PyTorch、Caffe、Theano、PaddlePaddle、Angel、XDL等AI框架和平台，相继发展成开源项目，分别吸引了一批开发者。
实际上，AI框架和一系列智能开发平台的开源，与近年来AI面临的落地挑战息息相关。
当下各行各业看似皆可“AI化”，但如何为纷繁复杂的实际应用场景提供有效的解决方案，AI框架和平台无疑被承载了最大期望，向上要承载不同的算法模型和应用程序，向下要兼容各类芯片和计算机操作系统。 通过开源吸引上下游广泛的参与，社区型协作共同发挥作用让技术迭代更迅速，应用更广泛，最终实现产业共同繁荣。与此同时，以5G为代表的物联网（IoT）通讯技术快速发展， AI与IoT融合成智能物联网（AIoT）。 在黄明飞看来，由于AIoT技术在行业的普及对低成本、实时性低功耗、高可靠性的需求，以及隐私安全等问题的浮现，AI计算正从云端下移到边缘节点中，如智慧交通、自动驾驶、智能家居和城市大脑等领域，数以亿万计的边缘节点和终端设备需要实现本地智能化，称之为边缘AI计算。 边缘计算的需求对硬件成本、功耗、兼容和易用性提出了较大的挑战，硬件上面临着芯片种类复杂、算力利用率低，软件开发环境复杂、兼容性差等关键问题。 黄明飞谈到，如何能简单快速地实现AI算法模型从云端向下迁移到边缘节点部署，充分发挥边缘节点上的芯片算力与硬件性能，已成为AI在行业落地和规模部署经济性的关键所在。 在这一背景下，OPEN AI LAB的边缘AI推理框架Tengine备受关注。
Tengine的核心能力及产业赋能
（一）Tengine是什么，解决什么问题？
“如果简单来形容，它就是一个嵌入式的AI推理框架，帮助算法开发者解决在AI快速产业化落地中遇到的各个瓶颈难题。”黄明飞说到，相比业内系列框架，Tengine有两个特点，一是物理位置层面，其所关注的重点是嵌入式设备，也就是海量的AIoT应用设备，而非服务器集群；二是业务模式层面，重点在于推理，并非训练。
从架构上看，Tengine自上而下主要可分为模型兼容层、基础工具链、模块化架构层、操作系统层、异构计算层五大框架层级，具有跨算法框架兼容、跨芯片适配、算力异构调度加速、轻量无依赖、一致性开发移植部署工具链几大核心能力，以有效提升AI生产力。
1、跨OS/算法框架适配
2、跨芯片平台适配
算法框架及操作系统之外，一个更为大众所津津乐道的就是芯片的发展。 当下AIoT芯片发展百家争鸣，不同场景需求、性能需求、功耗需求、成本需求，带来的是芯片厂商的芯片系列的广泛定义，这也是AIoT产业蓬勃发展的重要特征。 但芯片的持续创新迭代，对于开发者，特别是占据市场创新能力大半的中小型团队来说，算法开发、芯片适配、动态资源调度、性能调优往往依赖于庞大且冗余的技术栈能力，直接导致产业化窗口把握、开发成本居高不下、决策周期长等一系列问题。 为了助力产业提速增效，Tengine为开发者提供跨硬件设备的统一开发平台，在不同硬件设备上的API都尽可能保持一致，帮助开发者以一致的方式实现对不同芯片的有效调用适配。 开发者仅仅需要通过Tengine API，就能充分调用包括MCU、Arm Cortex-A/M系列处理器、Arm中国周易AIPU，以及海思NNIE、瑞芯微RK3399Pro NPU等等在内的芯片算力。
3、异构/加速支持，芯片有效性提升
业务跑通是第一步，跑得快跑得好才是芯片优势的核心体现。 Tengine通过异构计算技术，能够帮助开发者同时调用CPU、GPU、DSP、NPU等不同计算单元的运算资源，进一步提升芯片有效性，以完成AI网络计算。
4、超轻量无依赖
在AIoT非常多场景中，考虑功耗、成本等要素，往往对于资源的分配极为苛刻，不依赖外部库很多时候会成为工程化场景的一大诉求。为此，OPEN AI LAB专为嵌入式神经网络推理设计了一个HCL vision的图像处理库，拥有常见图像处理算子，以满足神经网络推理前后处理需求。
通过对框架设计进行一系列的简化和轻量处理，Tengine最小程序体积能达到300KB，在MCU上最小体积为20KB，并且自带视觉、语音的前后处理函数，对额外资源的占用进一步优化，提升芯片的适用范围和潜力。
5、全栈部署移植支持
AI产业化的难点，往往不是一个技术单点，而是一套体系化的工作，最终成效亦不取决于长版有多长，而是取决于短板有多短。
Tengine从诞生至今，已开发出具备量化训练工具、调试工具、模型库、编译器等工具在内的完整工具链，能进一步满足开发者的各类高精度应用需求。
（二）Tengine的前世今生
不难看出，其实Tengine与国内外大多数开源的深度学习框架和平台定位是不同的。
目前，国内大多数公司和机构的开源框架和平台，更多是涉及机器学习、深度学习、自然语言处理和数据科学等领域，但针对AIoT领域嵌入式设备进行开源的框架和平台少之又少，在商业领域同样鲜少出现。
2016年，虽然AI的主要应用方向还是在云端，但已开始出现AI从云端往设备端迁移的趋势。黄明飞谈到，OPEN AI LAB曾尝试使用TensorFlow、Caffe等开源框架，对嵌入式设备应用进行开发和设计，但却无法充分发挥其AI性能。
“它们无论是尺寸，还是优化设计，都不是围绕着嵌入式端来设计的。”黄明飞坦言，如果要去改动这些框架，实际上是非常困难的一件事。
为了更好的做到行业赋能与生态协同，OPEN AI LAB投入到嵌入式AI推理框架的研发中，自此Tengine诞生。
2017年，OPEN AI LAB正式在Github上发布第一个Tengine版本。至今，Tengine已经经历了4个大版本的升级，并在这一系列的迭代和更新中，Tengine也逐渐形成了自己的体系化能力及优势。
随着Tengine开源的发展和推动，它已经成功帮助智慧城市、公共交通、智慧车载、工业智能、智慧养殖、消费电子和智能家居等多个领域的企业，实现了广泛的行业落地和应用。
例如，面向智慧停车管理方向的合作伙伴，利用Tengine开发了AI+停车模式，能够识别有牌车与无牌车，以及车牌、车型、车身颜色、车内人脸等420多种车辆及车辆附属物品。
Tengine作为国内自主知识产权的商用级AIoT智能开发平台，从短期看，它不仅能帮助开发者在开发过程中，进一步提升算法移植和部署效能；从长期看，它的开源也将为打破AIoT产业壁垒，快速整合上下游以实现AIoT产业的落地和应用，为丰富全球AI开源生态提供了重要的推动力。
（三）Tengine开源与商用的双螺旋“实际上，Tengine需要面对两个方面，一是开发者，二是行业客户。”黄明飞谈到，开源不是商业行为，但OPEN AI LAB作为一个创业公司，在满足开发者需求的同时，仍需要面向行业客户而生存。
但也因为这一特殊性，Tengine的发展也逐渐形成一个产业与开发者双向“反哺”的过程。
“在过去两三年里，Tengine主要优先解决行业客户的问题。”在黄明飞看来，行业客户所面临的问题具有代表性，能够从系统的角度来帮助改进Tengine。随着研发人员在满足客户需求的前提下不断调整Tengine，OPEN AI LAB又将Tengine的开源版本进行迭代，从而反哺到开发者。
“开发者所提出的很多问题对改进Tengine很有价值。”黄明飞说到，在未来一年里，OPEN AI LAB也将进一步把开发者和商业客户放到同等重要的层面，与开发者共同将Tengine演进成更优秀的开源项目。
（四）Tengine到Tengine2，为广泛的行业赋能
基于Tengine的推理框架和异构计算，OPEN AI LAB还推出了面向行业应用的AI全栈赋能解决方案平台——Tengine2。
在Tengine基础之上，更加广泛的帮助行业伙伴，实现行业智能化业态升级，涵盖了数据、训练、评测、调优、端侧部署等开发部署流程，其底层推理框架和异构计算由Tengine支持。
联合OpenCV合作发布，未来展望
黄明飞在与智东西的交流中谈到，目前OPEN AI LAB研究团队的研究重点，仍主要集中在开源平台Tengine，以及一站式AI端到端平台方案Tengine2的更新和演进上，已形成一支百人规模的研发团队。
1、强强联合，助力开源
黄明飞透露，本月初，OPEN AI LAB与老牌跨平台计算机视觉库OpenCV已联合发布新版本，让OpenCV开源社区生态更全面和丰富，也让Tengine能够面向更广泛的全球开发者。
近期，据IT开发者社区CSDN汇总国内外AI工具框架关键词，并基于实际数据梳理的《中国 AI 应用开发者报告》，目前在国内的AI开发者中，Tengine成为最受国内AI开发者欢迎的本土AI工具框架。
▲受中国AI开发者欢迎的全球AI工具框架排名（数据来源：CSDN）
OpenCV主要针对云端应用，能够运行在Windows x86或Android等操作系统上，并提供Python、Ruby等多种语言接口，帮助开发者实现图像处理和计算机视觉（CV）领域的诸多通用算法。
但随着AIoT产业的发展，OpenCV亦逐渐需要一个专门面向嵌入式端而开发的开源框架和平台。
“让Tengine成为OpenCV的一部分，深度融合助力开源，在全球开发者开发嵌入式计算机视觉，对深度学习产生需求时，能够使用Tengine，并一起开发Tengine。”黄明飞说到。
从产业角度看，这次合作也将推动AI赋能产业的步伐，进一步加快AIoT行业智能化建设的节奏。“这是我们Tengine面向全球化开源进程中的重要一步。”黄明飞表示，今年是OPEN AI LAB将开发者放在与行业客户同等重要的一年，需要更多开发者与公司共同开发Tengine，共同带来更多的创新和进步。
2、未来挑战及思考
随着AIoT市场和应用场景的扩大，行业亦对Tengine提出了新的需求。黄明飞谈到，目前行业并非巨头独大，GPU、NPU和ACAP等底层芯片仍在层出不穷地出现，各类算法与AI训练框架百花齐放。
因此，如何更广泛地支持异构的动态调度，充分发挥芯片性能，降低开发、迁移和部署的成本，让开发者和行业用户能更简单灵活地使用，这些都给Tengine带来了诸多挑战，亦是Tengine和Tengine2未来不断演进的方向。
尽管国内AI开源生态的发展仍在起步阶段，但黄明飞认为，“要想做好开源，除了思考商业策略、开源切入点、生态环境，还需注重开源服务和战略定力。开源不仅仅为了建立自身生态，还需要考虑我们为开发者带来了什么选择，解决了什么问题。”
现阶段，OPEN AI LAB的基本工作仍是要把Tengine做好，为开发者提供更丰富的内容和工具，让开发者享受更加简单灵活的开发体验的同时，也与OPEN AI LAB一同为开源生态做出更好的贡献。
问及关于更远未来，“Tengine的未来是一个很大的话题，也许明年我们再讨论开源的时候，会有一个更明确的答案告诉你。”黄明飞笑着回答。
结语：加速我国AIoT产业落地的AI开源“新兴力量”
随着AIoT产业和AI技术的发展，AI开源已经成为加速行业创新和落地的一个重要推动力，并且AI产业与科研、国家建设发展的结合也愈发紧密。
Tengine作为我国AI开源大军中的一股重要力量，它的开源对于AIoT产业，特别是在跨芯片适配、异构加速、框架兼容、全栈工具链等方面，对于加速产业上下游融合，更好地分工协同，起着不可小觑的作用。
与此同时，Tengine和OpenCV的合作，不仅丰富了全球AI开源生态，为全球开发者带来更多的开发工具选择，同时也让国外看到了中国AI开源发展的决心和力量。
开源所赋予行业的意义，远不止是技术、应用的落地和发展，它更多代表了科技的创新力和生命力。随着我国将AI、IoT和大数据等技术的发展提到国家层面，支持和引领着AI产业的发展，我国的AI开源生态在这场变革的浪潮下，也将拥有更广泛的未来与前景。
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