英特爾張宇：用“芯”深耕智能制造，聚力構筑可持續未來
英特爾公司高級首席AI工程師、視頻事業部全球首席技術官張宇博士
近年來，隨著數字經濟的持續發展，工業數字化轉型正在逐漸步入“深水區”，智能制造正面臨著巨大的發展機遇。
行業報告顯示，從2021年至今，全球智能制造市場體量增長達50%，約2/3的制造商已引入智能生產設備來制造商品并實現產線維護1。與此同時，超過60%的制造企業采用了AI先進技術來提升生產和運營效率2。全球智能制造市場預計將以18.5%的年復合增長率持續增長，并于2027年達到約2282億美元3。在智能智造浪潮席卷全球的趨勢下，工業制造業的發展也已成為中國實現穩增長、穩經濟的關鍵要素之一。2022年，中國全部工業增加值突破40萬億元大關，占GDP比重達33.2%；其中制造業增加值占GDP比重27.7%，制造業規模連續13年居世界首位4。中國制造業的規模效應以及完備的產業鏈，勢必能夠成為其長期發展智能制造的優勢。
但是，在制造業如火如荼發展的背后，我們同樣不能忽略能源利用效率的提升。相關統計顯示，工業能耗已占到了社會總能耗的24.2%5，因此實現智能制造的低碳化轉型成為整個行業升級的必由之路。
智領革新：以軟硬件創新多維推動可持續發展
長期以來，英特爾一直在深耕制造業領域，憑借多樣化的產品組合和端到端整體解決方案，推動工業互聯網的低碳化和數字化轉型，并通過包括無所不在的計算、無處不在的連接、從云到邊緣的基礎設施、人工智能、傳感和感知在內的“五大超級技術力量”為行業變革提供價值，助力實現可持續發展目標。
在此過程中，英特爾始終秉承著對于可持續發展的長期承諾，努力從多維度塑造更加負責任、包容且可持續的未來。早在1994年，英特爾就發布了第一份企業社會責任報告，設定了可持續發展目標并進行持續追蹤。不久前，英特爾還承諾，到2030年，在全球業務中100%使用可再生電力；到2040年，實現全球運營溫室氣體凈零排放的目標。我們還致力于在自身的運營、供應鏈以及產品的營銷和使用中，減少碳足跡。在2021年，英特爾節電超過1.62億度，并節約了超過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，英特爾還在持續通過軟硬件技術創新尋求新的突破，以減少數據處理與傳輸中的碳足跡，并加速“碳中和”與“碳達峰”目標的實現。在硬件方面，從2010年至2020年，英特爾筆記本處理器產品的運算效率提升14倍。在筆記本和臺式機處理器產品中，英特爾已經開始采用大小核技術，從而兼顧高性能與低功耗的要求。英特爾計劃在2030年前，將客戶端和服務器微處理器的產品能源效率提升10倍。這將極大降低人們在日常學習和工作中產生的碳排放。為提升服務器的整體能效，英特爾推出了模塊化服務器的技術與標準，通過其高度靈活的擴展能力助力未來數據中心產業向低碳轉型。為幫助數據中心提升可靠性和效率，英特爾還為用戶提供了數據中心管理平臺軟件解決方案，以幫助用戶收集和分析數據中心中各種設備的實時電源和散熱狀況等數據，為智能決策提供堅實基礎。此外，英特爾還于不久前發布了集成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，并額外節省高達20%的能耗，這可使工業互聯網的每瓦性能提升一倍，并滿足其關鍵的性能擴展和能效需求。
軟件對于實現節能減碳也同樣十分重要，尤其在行業數字化轉型過程中，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，以實現系統效率最大化。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。通過英特爾oneAPI工具包，開發者能夠使用統一、開放且基于行業標準的編程模型訪問英特爾基于不同計算架構的產品。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和維護的成本，并且加速部署。此外，為滿足人工智能應用對算力以及功耗的多樣化需求，英特爾還推出了深度學習的部署工具套件OpenVINO?。OpenVINO?與oneAPI的結合，可以幫助開發者將開放框架上所開發的神經網絡模型部署在基于不同架構的邊緣平臺之上，來執行人工智能的推理操作。開發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，實現一次編寫，任意部署，從而降低開發成本與能源消耗。
共塑未來：以生態之力打造云網邊低碳基礎設施
為讓節能減碳技術直接服務于日常的生產與生活，英特爾還與生態伙伴一道進行了大量的創新和實踐，不僅大力驅動低碳數據中心的發展進程，還持續通過智能邊緣計算構建低碳基礎設施。
由于數據中心能源側的碳排放主要來自于IT設備和基礎設施的電力消耗，因此英特爾主要通過定制CPU設計、先進液冷技術及智能節能技術助力數據中心的低碳創新。針對IT設備，英特爾通過CPU定制化來實現CPU配置與應用負載的匹配，進而提高芯片能效，并幫助客戶達到節能、降本、增效的目標。基于此，我們與百度合作打造的CPU微架構設計可在滿足業務需求的情況下提升主頻、增加核數，提升能效比，讓性能更貼近于業務需求目標。同時，英特爾還通過打造先進的液冷技術大幅節省耗電量，應用液冷技術的數據中心機房整體能效可得到30%以上的提升。隨著數據中心單機柜功率密度不斷提高，液冷技術還可以帶來更為直接的散熱優勢。為推動液冷技術普及，英特爾和行業伙伴共同發表了《冷板液冷系統設計參考》，系統闡述了冷板液冷系統設計的相關要求，以及未來液冷系統設計應該遵循的規范要求，可為數據中心液冷方案的設計與研究提供借鑒。除了以上兩項技術，AI能效管理系統也成為了數據中心節能減排的關鍵要素。英特爾與VMware以及云創遠景公司合作，利用人工智能技術針對數據中心機房的高密度傳感器所采集到的數據進行處理，以達到實時控制的目標，將平均能耗降低30%以上。
節能減碳技術不僅應用于后端數據中心，在邊緣側也得到了愈發廣泛的應用。隨著以機器人和人工智能為代表的數字化技術在其中正發揮著越來越重要的作用，英特爾正在與廣泛生態伙伴攜手致力于加速中國機器人產業發展，助力構建低碳基礎設施。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工具套件和工業邊緣控制軟件平臺，共同開發了工業巡檢機器人方案。該方案可以在復雜場景下完成高精度導航與智能路徑規劃，具有高度的任務執行自主性、信息采集準確性和數據回傳實時性。其中，FPGA為多傳感器接入的同步和預處理打下基礎；酷睿處理器為新松工業巡檢機器人提供了算力基礎；OpenVINO?工具套件為新松開發視覺算法提供了預訓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據優化加速所需的工具組件，整體簡化了視覺功能開發，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化。這種工業巡檢機器人在地處偏遠的風力發電站和太陽能光伏電站中已得到應用，實現了在無人值守的情況下完成設備檢查、診斷和故障排除等工作。
展望未來，隨著數字化轉型的推進，越來越多的數字化應用將不斷涌現，而這些應用都離不開其背后的端到端數字化基礎設施。英特爾將繼續秉承“水利萬物而不爭”的生態之道，攜手更多行業伙伴以軟硬件并行發展的戰略賦能端到端智能數字基礎架構，逐步實現低碳節能的目標，努力創造改變世界的科技，造福地球上每一個人！
