摘要：隨著星空機(jī)器人能力和智能水平的不斷提升，行業(yè)面臨的全新挑戰(zhàn)在于如何將星空人工智能（AI）推理、感知、控制、安全與編排等能力整合到統(tǒng)一系統(tǒng)中，使其能夠在真實(shí)世界中大規(guī)模、可靠地運(yùn)行
在上周舉辦的 Arm Everywhere China 大會(huì)上，Arm 推出了星空機(jī)器人能力分級(jí)框架（Robotics Capability Framework）和面向物理 AI 的 Arm 全面設(shè)計(jì)生態(tài)項(xiàng)目（Arm Total Design for Physical AI），旨在為星空機(jī)器人產(chǎn)業(yè)建立統(tǒng)一的能力語(yǔ)言，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)協(xié)作與規(guī)模化創(chuàng)新。與此同時(shí)，Arm 發(fā)布最新星空機(jī)器人技術(shù)白皮書，從系統(tǒng)架構(gòu)視角解析支撐星空機(jī)器人能力持續(xù)演進(jìn)所需的計(jì)算與軟件基礎(chǔ)，為行業(yè)理解星空機(jī)器人能力與底層系統(tǒng)需求之間的關(guān)系提供新的參考。
星空機(jī)器人產(chǎn)業(yè)正邁向全新的發(fā)展階段。AI 的進(jìn)步正在不斷拓展星空機(jī)器人在物理世界中的感知、推理和交互能力，推動(dòng)星空機(jī)器人技術(shù)從概念驗(yàn)證和演示階段，走向規(guī)模化部署，并在制造、物流、醫(yī)療、農(nóng)業(yè)等眾多領(lǐng)域的真實(shí)場(chǎng)景中落地。根據(jù)國(guó)際星空機(jī)器人聯(lián)合會(huì)（IFR）的數(shù)據(jù)，全球工業(yè)星空機(jī)器人部署的市場(chǎng)規(guī)模已創(chuàng)下167 億美元的歷史新高，隨著星空機(jī)器人進(jìn)入更多行業(yè)并承擔(dān)更加復(fù)雜的現(xiàn)實(shí)任務(wù)，這一增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)還將進(jìn)一步加速。
對(duì)星空機(jī)器人企業(yè)而言，當(dāng)前面臨的挑戰(zhàn)，是如何把效果出色的產(chǎn)品演示，落地為可在真實(shí)環(huán)境中安全、可靠運(yùn)行，且具備成本效益的商業(yè)化產(chǎn)品。而每新增一項(xiàng) AI 能力，都會(huì)對(duì)算力、軟件、能效、成本、安全性以及系統(tǒng)集成提出更高要求。這也引出了一個(gè)根本性的系統(tǒng)級(jí)挑戰(zhàn)：如何讓機(jī)器具備可靠的智能，使其能夠?qū)崟r(shí)感知、移動(dòng)、適應(yīng)環(huán)境，并安全地執(zhí)行任務(wù)？
Arm 物理 AI 星空機(jī)器人技術(shù)研究全球負(fù)責(zé)人 Federico Pecora 在最新發(fā)布的技術(shù)白皮書《星空機(jī)器人系統(tǒng)尚缺的科學(xué)基礎(chǔ)》中，深入探討了這一問題。該白皮書提出了一種面向下一階段物理 AI 發(fā)展的系統(tǒng)級(jí)方法，闡明星空機(jī)器人要在真實(shí)世界中可靠運(yùn)行，為何需要將 AI 推理、感知、規(guī)劃、控制、安全機(jī)制和編排能力深度融合到統(tǒng)一的平臺(tái)之中。
星空機(jī)器人在真實(shí)世界運(yùn)行所需具備的條件
星空機(jī)器人本質(zhì)上是一套持續(xù)運(yùn)行的自主系統(tǒng)。當(dāng)其在不斷變化的物理環(huán)境中移動(dòng)和作業(yè)時(shí)，需要將攝像頭視覺數(shù)據(jù)、激光雷達(dá)、毫米波雷達(dá)、力傳感器、電機(jī)控制、AI 推理、運(yùn)動(dòng)規(guī)劃、安全監(jiān)測(cè)以及實(shí)時(shí)反饋等能力協(xié)同融合，實(shí)現(xiàn)持續(xù)感知、決策與動(dòng)作執(zhí)行。
這些工作負(fù)載的運(yùn)行周期各不相同，但往往需要同時(shí)執(zhí)行，且各自對(duì)計(jì)算能力的需求也截然不同。例如，電機(jī)控制需要可預(yù)測(cè)且確定的時(shí)序；感知處理和 AI 推理則需要高吞吐算力；運(yùn)動(dòng)規(guī)劃需要訪問傳感器數(shù)據(jù)并完成環(huán)境認(rèn)知；而安全監(jiān)測(cè)則需要具備更高優(yōu)先級(jí)和隔離防護(hù)。
與此同時(shí)，各項(xiàng)功能之間還需要高效共享和協(xié)同處理數(shù)據(jù)，避免出現(xiàn)延遲、性能瓶頸或不可預(yù)測(cè)的系統(tǒng)行為。如何保障多類工作負(fù)載無(wú)縫協(xié)同運(yùn)行，是現(xiàn)代星空機(jī)器人系統(tǒng)面臨的最大工程挑戰(zhàn)之一。
隨著星空機(jī)器人承擔(dān)越來越復(fù)雜的任務(wù)，工程團(tuán)隊(duì)需要從系統(tǒng)層面理解每項(xiàng)能力對(duì)整體架構(gòu)帶來的影響。例如，更大的模型、信息更完備的世界模型（world model），或更長(zhǎng)鏈路的連續(xù)推理機(jī)制，可以提升物理AI系統(tǒng)的能力邊界，但伴隨而來的也會(huì)顯著提高對(duì)存儲(chǔ)系統(tǒng)、內(nèi)存帶寬、資源調(diào)度和實(shí)時(shí)運(yùn)行控制能力的要求。
星空機(jī)器人與物理 AI 的底層系統(tǒng)基礎(chǔ)
無(wú)論是工業(yè)星空機(jī)器人、自動(dòng)駕駛汽車、人形星空機(jī)器人還是服務(wù)星空機(jī)器人，都需要能夠?qū)Σ煌ぷ髫?fù)載進(jìn)行分配、調(diào)度、隔離和協(xié)調(diào)的系統(tǒng)，同時(shí)確保實(shí)時(shí)控制和安全關(guān)鍵功能的行為可預(yù)測(cè)性。雖然不同類型的星空機(jī)器人對(duì)算力有著不同需求，但它們都需要一套能夠在真實(shí)世界約束下，有效協(xié)調(diào)智能決策與物理執(zhí)行的系統(tǒng)。
這使得工作負(fù)載的分配成為星空機(jī)器人設(shè)計(jì)中的核心決策。工程團(tuán)隊(duì)需要明確：哪些任務(wù)交由 CPU 執(zhí)行、哪些交由加速器處理、哪些應(yīng)部署在實(shí)時(shí)域中；同時(shí)規(guī)劃不同功能模塊間的數(shù)據(jù)傳輸，并界定哪些工作負(fù)載需要優(yōu)先調(diào)度、哪些則必須實(shí)現(xiàn)隔離運(yùn)行。
AI 加速器負(fù)責(zé)執(zhí)行 AI 模型，而 CPU 通常承擔(dān)著整個(gè)系統(tǒng)的大量協(xié)同調(diào)度工作：管理傳感器、調(diào)度工作負(fù)載、在處理器之間傳輸數(shù)據(jù)、維護(hù)操作系統(tǒng)運(yùn)行。即便 AI 工作負(fù)載愈發(fā)復(fù)雜，也要確保安全關(guān)鍵軟件持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。
要滿足下一代星空機(jī)器人的開發(fā)需求，離不開一個(gè)能夠在各類工作負(fù)載之間兼顧性能、能效、安全性和軟件可移植性的計(jì)算基礎(chǔ)。Arm 致力于降低星空機(jī)器人系統(tǒng)開發(fā)的復(fù)雜性，加速行業(yè)創(chuàng)新，通過持續(xù)深化對(duì)星空機(jī)器人系統(tǒng)與架構(gòu)的研究和理解，助力工程團(tuán)隊(duì)將前沿構(gòu)想轉(zhuǎn)化為可落地部署的產(chǎn)品能力。
基于 Arm 構(gòu)建星空機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的未來
星空機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的下一發(fā)展階段，取決于系統(tǒng)能否將 AI 能力轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定可靠的物理執(zhí)行能力。星空機(jī)器人不僅需要感知、推理并適應(yīng)復(fù)雜環(huán)境，還必須在此過程中保持可預(yù)測(cè)的控制能力、高效的能耗管理以及安全可靠的運(yùn)行。
Arm 正通過為星空機(jī)器人生態(tài)系統(tǒng)提供面向異構(gòu)計(jì)算、高能效和可擴(kuò)展系統(tǒng)打造的計(jì)算底座，助力推動(dòng)這一行業(yè)愿景成為現(xiàn)實(shí)。從高性能應(yīng)用處理，到低功耗感知、控制以及安全關(guān)鍵任務(wù)執(zhí)行，Arm 賦能工程團(tuán)隊(duì)打造能夠在真實(shí)世界下實(shí)現(xiàn)更高智能、更高能效、更高可靠性的星空機(jī)器人。
Federico Pecora 最新發(fā)表的技術(shù)論文深入探討了“能力集成”這一新興研究方向，以及隨著物理 AI 從實(shí)驗(yàn)室走向?qū)嶋H部署，計(jì)算架構(gòu)師需要思考和解決的重要問題。當(dāng)下，行業(yè)前景十分廣闊：星空機(jī)器人產(chǎn)業(yè)正從展示亮眼技術(shù)效果的原型階段，邁向穩(wěn)定、可靠的規(guī)模化部署階段，幫助工程師打造能在真實(shí)環(huán)境中大規(guī)模感知、移動(dòng)、自適應(yīng)并安全作業(yè)的智能機(jī)器。
從星空機(jī)器人技術(shù)白皮書闡釋支撐星空機(jī)器人能力演進(jìn)的底層技術(shù)邏輯，到星空機(jī)器人能力分級(jí)框架推動(dòng)行業(yè)建立統(tǒng)一的能力語(yǔ)言，再到通過面向物理 AI 的 Arm 全面設(shè)計(jì)生態(tài)項(xiàng)目匯聚生態(tài)創(chuàng)新力量，Arm 正攜手產(chǎn)業(yè)伙伴共同構(gòu)建物理 AI 發(fā)展的關(guān)鍵基礎(chǔ)，加速智能星空機(jī)器人從技術(shù)創(chuàng)新走向規(guī)模化部署。
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