當(dāng)AI融入MCU……
近日,Arm發(fā)布了專為AI應(yīng)用設(shè)計(jì)的Cortex-M52處理器,其目標(biāo)是取代現(xiàn)有的M33或M3/M4處理器,在MCU芯片中融入更強(qiáng)大的AI技術(shù)。 英飛凌、瑞薩等國(guó)際大廠,也在近期推出了融入AI能力的MCU產(chǎn)品,掀起了MCU新一輪的升級(jí)換代。 多家龍頭探索MCU+AI新模式 英飛凌于近期公布了PSoC Edge系列MCU,配備了專門為機(jī)器學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)的硬件加速器,可以加速神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)算
2023-12-12 09:06:44
來源:中國(guó)電子報(bào)、電子信息產(chǎn)業(yè)網(wǎng) 沈叢??

近日,Arm發(fā)布了專為AI應(yīng)用設(shè)計(jì)的Cortex-M52處理器,其目標(biāo)是取代現(xiàn)有的M33或M3/M4處理器,在MCU芯片中融入更強(qiáng)大的AI技術(shù)。

英飛凌、瑞薩等國(guó)際大廠,也在近期推出了融入AI能力的MCU產(chǎn)品,掀起了MCU新一輪的升級(jí)換代。

多家龍頭探索MCU+AI新模式

英飛凌于近期公布了PSoC Edge系列MCU,配備了專門為機(jī)器學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)的硬件加速器,可以加速神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)算,實(shí)現(xiàn)AI功能;恩智浦推出了融入AI功能的MCU產(chǎn)品組合——MCX,該組合嵌入了NPU(神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理器),專門用于加速邊緣通用的AI運(yùn)算;意法半導(dǎo)體(ST)于5月推出了其最新的64位微控制器STM32MP2,其中融入了一個(gè)神經(jīng)處理單元(NPU),專門針對(duì)邊緣AI推理,可提供高能效的AI運(yùn)算;瑞薩電子近日發(fā)布的新型RA8系列MCU,引入了Arm Helium技術(shù),即Arm的M型向量擴(kuò)展單元,使其具備了更強(qiáng)大的AI功能。

Arm的一位市場(chǎng)人員告訴《中國(guó)電子報(bào)》記者,AI+MCU模式正在向小型化輕量化設(shè)備滲透,未來藍(lán)牙耳機(jī)、智能手表等產(chǎn)品,也能擁抱AI。

小華半導(dǎo)體副總經(jīng)理曾光明向《中國(guó)電子報(bào)》記者表示,如果只是依靠MCU的有限算力去運(yùn)行AI算法,其處理數(shù)據(jù)效率低、能耗高,并且很多應(yīng)用場(chǎng)景達(dá)不到預(yù)期。而AI加速器可以降低MCU的CPU運(yùn)算負(fù)擔(dān),并且能有針對(duì)性地完成算法模型計(jì)算,將復(fù)雜的AI推理過程簡(jiǎn)單化,從而顯著降低功耗。擁有AI加速單元的MCU,更容易實(shí)現(xiàn)圖像識(shí)別、語音識(shí)別、工業(yè)維護(hù)預(yù)測(cè)等功能,而這原本需要使用MPU或者SoC來實(shí)現(xiàn)。對(duì)比之下,MCU的方案能簡(jiǎn)化設(shè)計(jì),并且更節(jié)能環(huán)保。

75%的數(shù)據(jù)將在邊緣側(cè)處理

隨著物聯(lián)網(wǎng)、智能家居、工業(yè)自動(dòng)化等領(lǐng)域的快速發(fā)展,邊緣端AI芯片的市場(chǎng)需求也在日益增長(zhǎng)。邊緣端AI芯片需要具備低功耗、高性能、安全可靠等能力,同時(shí)要易于集成和部署。將AI集成在MCU上,可以更好地滿足這些需求。

在邊緣端使用搭載AI功能的MCU芯片,能夠有效減少成本。在邊緣端使用FPGA或GPU成本較高,并且無法使用電池供電。隨著MCU的算力持續(xù)提升,高頻MCU的主頻已達(dá)到GHz級(jí)別,已經(jīng)能夠滿足邊緣端低算力人工智能的需求。因此,將AI集成在MCU上,實(shí)現(xiàn)端側(cè)部署的單芯片解決方案正逐漸成為趨勢(shì)。

在端側(cè)MCU中增加AI功能,能夠有效分擔(dān)CPU的壓力。物聯(lián)網(wǎng)連接的萬物都在產(chǎn)生數(shù)據(jù),這給CPU帶來了巨大的計(jì)算壓力。在邊緣端MCU中添加AI加速器,可以通過專用算力來進(jìn)行機(jī)器學(xué)習(xí)的運(yùn)算,從而有效分擔(dān)CPU的工作負(fù)載。

此外,搭載AI功能的MCU也是能夠?yàn)檫吘壎说臋C(jī)器學(xué)習(xí)節(jié)省能耗。恩智浦相關(guān)專家向《中國(guó)電子報(bào)》記者介紹,在邊緣設(shè)備上運(yùn)行機(jī)器學(xué)習(xí)模型往往會(huì)消耗大量能耗,因此,邊緣機(jī)器學(xué)習(xí)處理器供應(yīng)商需要具備廣泛的產(chǎn)品組合和強(qiáng)大的能源管理工具套件來支持該系統(tǒng)。因此,在邊緣端采用具備低能耗特征的MCU以及MCU+其他芯片的組合來進(jìn)行機(jī)器學(xué)習(xí),能夠有效減少能耗損失,提升能效。

采用MCU以及MCU+其他芯片的組合來實(shí)現(xiàn)高能效的能源管理方法(資料來源:恩智浦)

未來,隨著更多AI+MCU產(chǎn)品出現(xiàn),AI技術(shù)將進(jìn)一步向邊緣端深入,實(shí)現(xiàn)更加高效、智能和自主的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。Gartner預(yù)測(cè),未來2—5年內(nèi),具備人工智能功能的嵌入式產(chǎn)品有望成為市場(chǎng)主導(dǎo)。到2025年,75%的數(shù)據(jù)將在邊緣側(cè)進(jìn)行處理。ABI Research預(yù)測(cè),2021年至2026年,具有邊緣機(jī)器學(xué)習(xí)功能的設(shè)備出貨量將以24.5%的平均復(fù)合增長(zhǎng)率(CAGR)增長(zhǎng)??梢姡磥矶藗?cè)AI MCU市場(chǎng)潛力巨大。

2021—2026全球主要市場(chǎng)領(lǐng)域中具備邊緣機(jī)器學(xué)習(xí)能力的設(shè)備總出貨量

數(shù)據(jù)來源:ABI Research

技術(shù)平衡與數(shù)據(jù)安全成為挑戰(zhàn)

然而,在MCU中引入AI功能也具有一定的挑戰(zhàn)性,需要芯片廠商在技術(shù)上做出平衡和優(yōu)化,同時(shí)需要充分考慮用戶需求和數(shù)據(jù)安全。

據(jù)了解,MCU的一大特點(diǎn)是在有限的電源預(yù)算內(nèi)提供高效的計(jì)算能力。因此,MCU的計(jì)算資源和存儲(chǔ)空間比較有限,這使得在MCU上實(shí)現(xiàn)高算力的AI功能具有一定挑戰(zhàn)性。芯片廠商需要在保證MCU實(shí)現(xiàn)AI功能的同時(shí),盡可能地減少對(duì)計(jì)算和存儲(chǔ)資源的需求,從而減少功耗過高帶來的影響。

至頂科技分析師李祥敬向《中國(guó)電子報(bào)》記者表示:“在MCU中加入AI功能可以提升其性能和智能化水平,但同時(shí)也可能增加芯片的復(fù)雜性和成本,甚至出現(xiàn)功耗問題。芯片廠商需要在設(shè)計(jì)過程中進(jìn)行權(quán)衡,確保在滿足用戶需求的同時(shí),使MCU的復(fù)雜性和成本在可接受的范圍內(nèi),并平衡功耗帶來的影響。此外,MCU廠商還需要考慮AI功能在實(shí)際場(chǎng)景中的適用性,真正帶給用戶價(jià)值?!?/p>

對(duì)此,MCU行業(yè)資深產(chǎn)品經(jīng)理王斌認(rèn)為,在MCU中加入AI加速器后,可以從兩方面實(shí)現(xiàn)在低功耗的情況下?lián)碛懈咝У腁I計(jì)算能力。首先,可通過提升制造工藝來減少功耗,如今MCU的制程已逐漸集中到40nm,而MCU+AI的芯片則逐漸進(jìn)入了28nm和22nm。其次,針對(duì)不需要持續(xù)執(zhí)行AI的場(chǎng)景,可以在芯片中關(guān)閉AI計(jì)算單元,僅保留可以維持觸發(fā)條件的外設(shè)。一旦觸發(fā)條件滿足,AI計(jì)算單元將立即打開,快速完成AI相關(guān)的計(jì)算,然后重新恢復(fù)到待機(jī)狀態(tài)。對(duì)于需要持續(xù)運(yùn)行AI的邊緣設(shè)備,則保持正常供電,通過優(yōu)化算法或改進(jìn)硬件效率來實(shí)現(xiàn)功耗降低。

還需要考慮數(shù)據(jù)的安全性問題。李祥敬表示,在MCU中引入AI功能后,本地?cái)?shù)據(jù)的留存和處理成為了一個(gè)重要問題。這些數(shù)據(jù)可能涉及到用戶的隱私或設(shè)備的核心信息,因此需要采取有效的加密和保護(hù)措施。此外,如果MCU接入其他設(shè)備或網(wǎng)絡(luò),還需要考慮如何防止核心數(shù)據(jù)被非法讀取、收集或利用。這也需要MCU芯片供應(yīng)商對(duì)AI功能進(jìn)行充分的驗(yàn)證和測(cè)試,以確保MCU的可靠和安全。

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