近日，騰訊和阿里達摩院相繼發(fā)布了他們對于2023年科技趨勢的預測,。達摩院預測,，生成式AI將進入應用爆發(fā)期；存算一體芯片將在垂直細分領域迎來規(guī)?；瘧?，或?qū)碛嬎慵軜嫷淖兏铮υ朴嬎恪?a class="innerlink" href="http://forexkbc.com/tags/人工智能" target="_blank">人工智能,、物聯(lián)網(wǎng)等產(chǎn)業(yè)發(fā)展帶來積極影響,。而在騰訊的預測中，他們認為第一大趨勢是高性能計算邁向“CPU+GPU+QPU”時代,；第二大趨勢為泛在操作系統(tǒng),，這一系統(tǒng)加速了人-機-物全面融合。
應用需求的爆發(fā)驅(qū)動人工智能技術與行業(yè)的融合,、數(shù)字技術與產(chǎn)業(yè)生態(tài)等的融合,、以及科技進步與產(chǎn)業(yè)應用雙輪驅(qū)動的融合創(chuàng)新已成為不可逆轉的宏大趨勢。隨著 5G 和物聯(lián)網(wǎng)不斷發(fā)展,，智能終端設備不斷普及,，網(wǎng)絡邊緣側數(shù)據(jù)呈現(xiàn)爆發(fā)式增長?！舵溄印芬粫刑峒埃骸半m然互聯(lián)網(wǎng)是人制造系統(tǒng),，但從結構上來看，卻更像是一個生命系統(tǒng)”,。IoT技術正在與AI技術發(fā)生深度融合,。
人工智能是一種強大的模式識別技術，它旨在了解智能的本質(zhì),，并設計具備類似人類智能的智能機器。AI可以讓機器具有類似人類的大腦一樣的智慧,，因為它是人造的,，區(qū)別于自然界的智能，所以叫它“人工智能”,。
IoT,，也就是物聯(lián)網(wǎng)技術,，它是通過射頻、紅外,、GPS等設備,，按照約定的協(xié)議，將任何物品聯(lián)網(wǎng)以進行信息交換和通信,，從而實現(xiàn)物品的智能識別,、定位、跟蹤,、監(jiān)測和管理,。物聯(lián)網(wǎng)脫胎于互聯(lián)網(wǎng)，只不過互聯(lián)網(wǎng)通常是手機,、電腦,、服務器之間所組成的網(wǎng)絡，而物聯(lián)網(wǎng)則將這個概念延拓到了所有物體,。
如果說物聯(lián)網(wǎng)相當于人身上遍布的周圍神經(jīng)網(wǎng)絡,，那么AI則相當于人的大腦。要達到類似于人類的智能,，設備必然需要進行大量的矩陣運算,，這意味著大量的存儲空間、強大的計算能力,、高速的數(shù)據(jù)交互,，成本很高，往往只有部署在云端的大型服務器才能夠勝任這一工作,。
智能邊緣：助力物聯(lián)實踐
相比于云端AI,，由于不需要將數(shù)據(jù)上傳至云端，邊緣AI具備實時性好,、帶寬資源要求低,、隱私性高等特點，特別適合物聯(lián)網(wǎng)應用,。和云端AI相同,，邊緣AI也具備AI的共性特征。
邊緣AI技術是相對于云端AI技術而言的,，因此又可以被稱為終端AI技術,，最早起源于20世紀90年代的邊緣計算。之所以被稱為“邊緣AI”,，是因為邊緣AI技術在靠近用戶本地的終端網(wǎng)絡邊緣執(zhí)行AI運算,，而不是將數(shù)據(jù)集中在云或數(shù)據(jù)中心進行處理，即設備可以在本地自行做出運算與決策,，不一定必須要連接到互聯(lián)網(wǎng),。
根據(jù)預測,，2025年將有75%的數(shù)據(jù)產(chǎn)生在邊緣側進行處理。因此邊緣AI可以在許多方面大顯身手,。例如森林火災監(jiān)測,，公路、鐵路或者是大壩塌方監(jiān)測等應用場景,，邊緣AI可以得到很好的應用,。這些地方都普遍比較偏僻，通信網(wǎng)絡都不是很好,，交通不是很方便,，但快速決策和及時預警非常關鍵，如果一旦發(fā)生事故救援不及時的話會導致很大的人員傷亡和財產(chǎn)損失,。因此必須通過邊緣AI快速判定,。傳統(tǒng)的云端監(jiān)測可能需要發(fā)送大量視頻或圖片上到云端，對網(wǎng)絡流量的要求很高,。而通過邊緣AI的自主智能識別,，緊急情況發(fā)生時只需要設備發(fā)送的一條短信就可以快速實現(xiàn)報警的功能，從而避免更嚴重的災害發(fā)生,。
邊緣AI作為在設備本地端執(zhí)行的AI,，通常需要使用電池供電，因此需要在系統(tǒng)功耗,、計算速度和設備成本之間取得一個比較好的平衡,。在各行各業(yè)，虛擬和現(xiàn)實環(huán)境的交互正在增強,，ICT基礎架構日漸普及,，并且可以進行自我管理。
ADI中國技術支持中心高級工程師辛毅分享說：“針對邊緣技術,，ADI也始終致力于在現(xiàn)實世界與數(shù)字世界之間架起橋梁,，從而實現(xiàn)在物聯(lián)網(wǎng)設備的邊緣端執(zhí)行AI推理，比云計算的速度更快,?！?/p>
ADI的邊緣AI微控制器
通常，邊緣AI可以由通用的微控制器芯片完成,，也可以由FPGA,、GPU、DSP等專門的芯片完成,。微控制器（Microcontroller Unit）可以在單顆芯片上實現(xiàn)計算機的功能,，業(yè)界俗稱為“單片機”。微控制器可以說在整個電子系統(tǒng)里起到至關重要的作用，它可以按照一定的程序?qū)ο到y(tǒng)其它部件起到控制的作用,，也可以收集外界或者內(nèi)部的一些數(shù)據(jù)作出處理、計算和決策,，是電子系統(tǒng)當之無愧的“大腦”,。
雖然ADI公司以其出色卓越高精度的信號鏈和電源產(chǎn)品聞名于世，但是公司在微控制器領域的投入也已經(jīng)有很長的歷史了,。從1995年至今,，公司MCU產(chǎn)品的出貨量已經(jīng)超過了10億片。從2002年之前的8051系列的MCU,，到2004年以來的MAXQ系列的MCU,，再到2012年之后的ARM內(nèi)核系列的MCU，ADI不同類型不同特色的MCU給客戶留下了深刻的印象,。
從2020年至今,，ADI在傳統(tǒng)MCU的技術上開拓創(chuàng)新了嶄新的邊緣AI MCU，從而可以在電池供電設備中輕松實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)人工智能,，成為ADI微控制器系列上的一個很大的劃時代的里程碑,。
辛毅介紹說：“MAX7800X系列就是ADI非常經(jīng)典且成功的邊緣AI解決方案?！?/p>
MAX7800X系列微控制器
據(jù)介紹,，MAX7800X這個系列產(chǎn)品具備特殊的架構，由兩個微控制器內(nèi)核（ARM Cortex M4F和RISC-V）加上一個卷積神經(jīng)網(wǎng)絡（CNN）加速器構成,。這一架構針對邊緣進行了高度優(yōu)化,，數(shù)據(jù)的加載和啟動由微控制器內(nèi)核負責，而AI推理由卷積神經(jīng)網(wǎng)絡加速器專門負責,。此外,，微控制器內(nèi)核負責完成加載和啟動之后就不需要任何操作了，因此功耗也是很低的,，只要使用電池就可以給整個系統(tǒng)供電,。借助于這種兩個硬件的分工合作，MAX7800X系列一不需要聯(lián)網(wǎng),，二支持電池供電,，其完美地滿足了邊緣AI的要求，是AIoT應用的理想產(chǎn)品,。
那么相較于FPGA,、GPU、DSP等專門芯片,，MAX7800X的優(yōu)點在哪里呢,？正是由于獨特的架構和完美的分工，與運行在低功耗微控制器上的純軟件解決方案相比，ADI的MAX7800X方案具備更高的數(shù)據(jù)吞吐量,，速度提高了100倍,，但是成本僅僅是FPGA或GPU解決方案的零頭。相比于微控制器加上DSP的方案,，ADI方案的功耗不足該方案的百分之一,。
辛毅自豪的說：“ADI方案可以在功耗、速度,、成本三個方面達成最優(yōu)的平衡,，加上其小尺寸的優(yōu)勢，是邊緣AI應用的理想產(chǎn)品,?！?/p>
據(jù)介紹，目前ADI的邊緣AI解決方案MA7800X系列主要有兩款人工智能MCU：MAX78000和MAX78002,。
二者都是基于Arm Cortex-M4F和RISC-V的低功耗微處理器,，搭載專用的卷積神經(jīng)網(wǎng)絡加速器執(zhí)行AI推理。兩個內(nèi)核也有個不同的分工,，其中Cortex-M4F負責應用和通信,，內(nèi)部集成Flash、SRAM,。
RISC-V則是一顆小內(nèi)核,，32位精簡指令集，主要配合CNN工作,，將輸入的數(shù)據(jù)傳輸至存儲空間再交給CNN來處理,。
MAX78000可支持多達3.5M的模型權重，MAX78002則支持多達16M的模型權重,。MAX78002和MAX78000相比,，不僅可以做到圖像的識別，還可以進行復雜的視頻分析,。MAX78002有更高頻率的微控制器內(nèi)核,、更大存儲空間、更快的卷積神經(jīng)網(wǎng)絡加速器,，模型維度達到MAX78000的4倍,，更支持視頻處理，可以說是MAX78000的升級版,。
在最后的總結分享中,，辛毅表示：“ADI的邊緣AI解決方案具備速度快、無需外部存儲,、時鐘控制靈活和超低功耗等四大特色,，因此對于需要使用電池供電,、需要及時決策的物聯(lián)網(wǎng)設備來說特別合適?！?/p>
結束語
近年來,，隨著消費類和工業(yè)應用向高端發(fā)展，用戶往往會傾向于將更多的微控制器整合到系統(tǒng)當中,。這些微控制器包括負責應用邏輯與控制的MCU,、負責傳感器數(shù)據(jù)集中的MCU、以及負責藍牙連接的MCU等,。同時，系統(tǒng)還需要具備獨立的電源管理芯片為這些MCU供電,。但是,，由于應用的復雜度越來越高、產(chǎn)品尺寸越來越小,、續(xù)航要求越來越長,，傳統(tǒng)的多芯片方案往往難以滿足設計需求。
ADI的微控制器產(chǎn)品除了作為通用的基本微控制器所有的功能,，在許多特色領域上也有著出色的性能,。此外，ADI還具備30余年的MCU的IP保護和信任根研發(fā)經(jīng)驗,，從而極大增強系統(tǒng)安全性,，幫助安全敏感型的設備制造商快速、高效地為其產(chǎn)品增加安全加密,、密鑰存儲和防篡改功能,。簡而言之，ADI的MCU產(chǎn)品具備功耗低,、接口優(yōu),、通訊新、評估全,、開發(fā)易,、安全強等六大特色。
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