據(jù) IDC 估計，到 2025 年將有超過557億的入網(wǎng)設備,，其中 75%將連接到物聯(lián)網(wǎng)（IoT）平臺,。聯(lián)網(wǎng)設備數(shù)量的快速增長引起數(shù)據(jù)流持續(xù)攀升，產(chǎn)生海量的數(shù)據(jù)處理需求,，人工智能（AI）的高效算法將會在不同方面有效克服物聯(lián)網(wǎng)部署及應用中的挑戰(zhàn),，IoT技術(shù)正在與AI技術(shù)發(fā)生深度融合，從而產(chǎn)生AIoT的概念,。業(yè)內(nèi)人士認為,，AIoT將迎來發(fā)展的黃金十年。
然而AI技術(shù)與IoT技術(shù)的融合并不是那么簡單,，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,，只有部署在云端的大型服務器才能夠勝任這一工作。而IoT技術(shù)由于是物與物之間的互連,，多數(shù)設備需要電池供電,，并且數(shù)據(jù)在物與物之間的流通并不能完全依賴于云端，因此物聯(lián)網(wǎng)通常意味著低成本和低功耗,，使得AI技術(shù)與IoT技術(shù)的融合產(chǎn)生了一定矛盾與困難,。
邊緣AI可以很好地解決這一矛盾。邊緣AI技術(shù)在靠近用戶本地的終端網(wǎng)絡邊緣執(zhí)行AI運算,，使得設備可以在本地自行做出運算與決策,，而不必連接到互聯(lián)網(wǎng)。相比于云端AI,，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,。
隨著聯(lián)網(wǎng)設備的增長，邊緣AI可以在許多方面大顯身手,，如語音識別,、人體數(shù)據(jù)分析、智能預警等,。針對通信不佳的偏遠地區(qū),，智能預警尤為重要，如森林火災監(jiān)測、公路鐵路大壩塌方檢測等應用場景,，邊緣AI的自主智能識別克服了傳統(tǒng)的云端監(jiān)測對網(wǎng)絡流量的高要求,，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,。
全球領先的高性能半導體公司ADI（亞德諾半導體）近日舉辦了一場以“激活邊緣智能”為主題的媒體溝通會,，ADI中國技術(shù)支持中心高級工程師辛毅介紹了ADI公司的邊緣AI解決方案，并與ADI MCU產(chǎn)品線資深業(yè)務經(jīng)理李勇一起探討邊緣AI MCU產(chǎn)業(yè)未開的發(fā)展趨勢,。
ADI邊緣AI解決方案
考慮到邊緣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進行很好的平衡,。對此，ADI便推出了適用于邊緣智能領域的MCU新品——集成邊緣AI加速器的低功耗雙核微控制器MAX7800X系列,，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,。
ADI邊緣AI微控制器技術(shù)架構(gòu)（圖源：ADI公司）
MAX7800X系列產(chǎn)品具備特殊的架構(gòu),，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(gòu)成。這一架構(gòu)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。這使得AI推理可以無需聯(lián)網(wǎng)就在邊緣完成,，并且微控制器內(nèi)核在完成加載和啟動后就無需操作,，功耗很低。
李勇認為,，集成CNN硬件加速器在邊緣AI芯片設計中將是一個技術(shù)趨勢方向,。集成CNN的一個重要原因就是降低功耗。通用處理器如Cortex-M7,，運行速度較快,，主頻達到200MHz，但運行功耗較高,，如果用Cortex-M7來運算CNN算法,，運算時間會很長，會帶來很高的功耗,。集成CNN專用硬件會極大地縮短運算時間,，進而降低功耗。
ADI邊緣AI微控制器技術(shù)優(yōu)勢（圖源：ADI公司）
由于獨特的架構(gòu)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。
ADI邊緣AI微控制器產(chǎn)品（圖源：ADI公司）
和MAX78000相比,，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，可以看作是MAX78000的升級版,。
ADI邊緣AI MCU應用實例
為了縮短工程師的開發(fā)時間,，和ADI的其他MCU系列產(chǎn)品一樣，ADI針對MAX7800X系列產(chǎn)品也推出了許多支持資源,，包括數(shù)據(jù)手冊,、應用筆記、評估套件,、參考設計,、教學視頻、工具,、例程,，幫助用戶基于MAX7800X系列進行進一步的AI研發(fā)。用戶可以在ADI官網(wǎng)上或者GitHub上找到這些資源,。
針對MAX7800X系列產(chǎn)品在物聯(lián)網(wǎng)領域的應用,，ADI推出了基于MAX78000參考設計——相機模組MAXREFDES178，供用戶評估MAX78000執(zhí)行AI推理的性能,。MAXREFDES178是一個魔方的形狀,，尺寸僅約為4.2cm×4.5cm×4cm，便攜性好,，還具備攝像頭,、麥克風、顯示屏,、按鈕等多個機械組件,，同時內(nèi)置了電池，真正實現(xiàn)了電池供電的邊緣AI推理,，支持人臉識別和語音識別的功能,。
ADI邊緣AI微控制器相機模組MAXREFDES178（圖源：ADI公司）
ADI邊緣AI微控制器產(chǎn)品的視覺識別應用（圖源：ADI公司）
MAX7800X支持在物聯(lián)網(wǎng)設備上實現(xiàn)視覺識別的功能,，經(jīng)過訓練，MAX7800X可以正確識別人臉,，從而可以用在考勤打卡,、智能門鎖等電池供電的物聯(lián)網(wǎng)設備上。
ADI邊緣AI微控制器產(chǎn)品的視覺識別應用（圖源：ADI公司）
在識別物品方面,，可以通過在攝像頭上集成MAX78002,，從而達到垃圾分類、產(chǎn)品分裝,、快遞分揀的功能,。
ADI低功耗MCU升級消費&工業(yè)
自1995年進入中國，ADI公司MCU產(chǎn)品的出貨量超過10億片,，由于功耗低,、接口優(yōu)、通訊新,、評估全,、開發(fā)易、安全強等六大特色,，被廣泛用在各行各業(yè),，在我們的身邊幾乎“無處不在”。
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,。針對這些痛點，ADI的低功耗微控制器憑借單一芯片就集成了傳統(tǒng)上多片微控制器才具備的功能,，也內(nèi)置了電源管理模塊,。
ADI低功耗微控制器產(chǎn)品應用實例（圖源：ADI公司）
ADI的低功耗MCU MAX32675在用作工業(yè)流量計，可以監(jiān)測各種流體,，如污水,、原有,、自來水等，單芯片集成MCU,、高精度ADC,、運算放大器和專門的HART模塊等功能。
MAX32672可用在光學式氣體探測儀上,，基于光學原理進行氣體測量,，具備高性能、高精度的優(yōu)勢,，并且內(nèi)置安全模塊,，可以對敏感信息加密。
除了工業(yè)應用,，ADI的低功耗微控制器在消費類應用中也得到了廣泛應用,。例如MAX32650用在可穿戴智能手表, 具有1MB的Flash和3MB的RAM，可以支持較大規(guī)模的數(shù)據(jù)存儲和計算,，非常適合需要收集大量數(shù)據(jù)的智能手表場合,。同時，MAX32650的高安全性也保證了使用者的個人隱私數(shù)據(jù)不會被泄漏,。
ADI低功耗微控制器產(chǎn)品應用實例（圖源：ADI公司）
MAX32660可用在TWS耳機中,，具有小尺寸低、功耗的特點,，還支持在TWS耳機上實現(xiàn)心率監(jiān)測算法,，實現(xiàn)耳機設備的智能化、健康設備的便攜化,。
此外,，MAX32660還可以用在掃地機器人的激光雷達模塊中；MAX32666用在可穿戴的心電T恤中,，作為醫(yī)療輔助設備,；MAX32680則可以用在血糖儀產(chǎn)品中，實現(xiàn)連續(xù)式血糖監(jiān)測,。
從功能應用上,，MCU產(chǎn)品主要分為低功耗MCU、安全MCU,、AI MCU三類,。尤其2020年至今，ADI在傳統(tǒng)MCU技術(shù)基礎上開拓創(chuàng)新了嶄新的邊緣AI MCU,，從而可以支持在電池供電設備中輕松實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)人工智能,。可以看出,，ADI在面對AIoT的發(fā)展已經(jīng)做好了充分的準備,。