據(jù) IDC 估計，到 2025 年將有超過557億的入網(wǎng)設(shè)備，其中 75%將連接到物聯(lián)網(wǎng)（IoT）平臺。聯(lián)網(wǎng)設(shè)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(shè)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(shè)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(shè)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(shè)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(shè)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(lǐng)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(shè)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(shè)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(lǐng)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(shè)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(shè)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(lǐng)域的應用，ADI推出了基于MAX78000參考設(shè)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(shè)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(shè)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(shè)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(shè)備的智能化、健康設(shè)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(shè)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(chǔ)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(shè)備中輕松實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)人工智能?？梢钥闯?，ADI在面對AIoT的發(fā)展已經(jīng)做好了充分的準備。