當(dāng)AI照進(jìn)IoT，賦予MCU發(fā)展的二次青春

2018年什么技術(shù)最火，非人工智能莫屬；2018什么應(yīng)用最有前途，物聯(lián)網(wǎng)敢說第二沒人敢說第一，畢竟連幾乎改變了中國人消費(fèi)習(xí)慣的阿里巴巴在2018年都公開宣布物聯(lián)網(wǎng)作為公司下一步發(fā)展的核心戰(zhàn)略。人工智能技術(shù)的火爆，必然會(huì)和最有前途同時(shí)應(yīng)用最廣泛的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)生全新的融合，在AI+IoT的時(shí)代，實(shí)現(xiàn)人工智能技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)在實(shí)際應(yīng)用中的落地融合，已經(jīng)成為各大傳統(tǒng)行業(yè)向物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代邁進(jìn)過程中智能化升級(jí)的最佳通道。

根據(jù)IC insights的預(yù)計(jì)，從2017年到2022年MCU在IoT里每年的復(fù)合增長率是17%。到2020年，會(huì)有超過30億個(gè)物體連接在一起。2017年，通過中國三大運(yùn)營商連到云端的IoT數(shù)量占到全球56%，也就是說在運(yùn)營商層面上連到IoT的物體有超過一半在中國。當(dāng)人工智能照進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)，MCU必須適應(yīng)全新的技術(shù)需求才能迎接如此龐大的市場挑戰(zhàn)。

人工智能升級(jí)物聯(lián)網(wǎng)

物聯(lián)網(wǎng)是個(gè)高度物化的龐大網(wǎng)絡(luò)，物聯(lián)網(wǎng)的運(yùn)營離不開人工智能對整個(gè)互聯(lián)萬物的統(tǒng)籌管理，人工智能通過大量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，做出對未來趨勢性的推斷，而物聯(lián)網(wǎng)則肩負(fù)著資料收集的重任，通過嵌入在產(chǎn)品中的傳感器不斷將數(shù)據(jù)上傳至云端，如同一個(gè)復(fù)雜的人類個(gè)體，人工智能更像人的大腦指揮著整個(gè)人的每個(gè)動(dòng)作，而物聯(lián)網(wǎng)則像人的神經(jīng)、四肢以及每個(gè)皮膚細(xì)胞，獲取各種信息并傳遞給大腦進(jìn)行統(tǒng)一處理。只有當(dāng)物聯(lián)網(wǎng)的各個(gè)部分都賦予了不同層級(jí)的智能，才能構(gòu)成一個(gè)完整的生命體。

物聯(lián)網(wǎng)與人工智能需要互相融合才能盡顯二者的優(yōu)勢。AI的應(yīng)用場景很多，但只有結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)，才能找到更實(shí)際且更廣闊的應(yīng)用空間，在萬物互聯(lián)的支撐下，AI才能實(shí)現(xiàn)其強(qiáng)大的智能駕馭系統(tǒng)的能力。而借助AI和IoT融合，通過物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)生、收集的海量數(shù)據(jù)，再通過大數(shù)據(jù)分析，形成智能化的應(yīng)用場景，能夠讓物聯(lián)網(wǎng)真正的實(shí)現(xiàn)全面的自動(dòng)化全局化運(yùn)營管理的理想場景。智聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，現(xiàn)有的商業(yè)模式和生活習(xí)慣都將會(huì)改變。以智能家居市場為例，數(shù)據(jù)顯示，2018年中國智能家居規(guī)模將達(dá)到1800億元，到2020年智能家居市場規(guī)模將達(dá)到3576億元。分析師預(yù)測，2021年全球智能家居市場規(guī)模將達(dá)5000多億元。飛速爆發(fā)中的AIoT市場，所蘊(yùn)藏的人機(jī)交互需求及前景無疑是令人期待的。

物聯(lián)網(wǎng)與人工智能的融合，從早期的單機(jī)智能逐步演進(jìn)到互聯(lián)智能再進(jìn)化到主動(dòng)智能，對智能的定義和要求也不斷變化，人工智能在物聯(lián)網(wǎng)體系中，也不再是云端的專屬。隨著邊緣端計(jì)算能力的不斷提升，如果以傳統(tǒng)人工智能的模型將所有數(shù)據(jù)都上傳到云端，一方面將會(huì)造成云端龐大而冗余的數(shù)據(jù)處理需求，另一方面則不利于終端對即時(shí)信息處理需求做出第一時(shí)間的反應(yīng)，從而影響整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用體驗(yàn)和運(yùn)營效率。在這樣的訴求下，邊緣人工智能與云端人工智能相結(jié)合就成為提升AI與IoT融合最有效的解決方案。

邊緣智能重塑MCU新未來

云計(jì)算的興起，帶動(dòng)的是連接傳輸速度的提升以及對邊緣端計(jì)算能力的弱化，期望以云作為計(jì)算能力的核心而盡可能降低邊緣端的計(jì)算量以降低成本和能耗。但隨著物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的深入，龐大的數(shù)據(jù)交互和云端計(jì)算的開銷帶來的是整個(gè)系統(tǒng)反應(yīng)的遲滯和效率的延緩，因此邊緣計(jì)算能力越來越引起足夠的重視，由此而來的是人工智能與物聯(lián)網(wǎng)的融合中，邊緣端對智能的需求也變得越來越高，邊緣計(jì)算猶如人類身體的神經(jīng)末梢，可以對簡單的刺激進(jìn)行自行處理，并將特征信息反饋給云端大腦。伴隨AIoT的落地實(shí)現(xiàn)，在萬物智聯(lián)的場景中，設(shè)備與設(shè)備間將互聯(lián)互通，形成數(shù)據(jù)交互、共享的嶄新生態(tài)。在這個(gè)過程中，終端不僅需要有更加高效的算力，在大多數(shù)場景中，還必須具有本地自主決斷及響應(yīng)能力。舉個(gè)簡單的場景，無人駕駛必然需要借助網(wǎng)絡(luò)的智能進(jìn)行更多的智能化決策，但無人駕駛首先要做到的是即使沒有網(wǎng)絡(luò)的支持條件下，依然可以自主的識(shí)別路況并作出判斷，否則一旦網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)極微小的丟包，都可能釀成嚴(yán)重的事故。

作為物聯(lián)網(wǎng)終端處理應(yīng)用中最普遍的核心處理單元，MCU面對人工智能與物聯(lián)網(wǎng)的融合需要做出全新的改變以適應(yīng)未來的邊緣端智能化的需求。如果說從最早的單片機(jī)向SoC架構(gòu)為主的MCU轉(zhuǎn)變是第一次青春期般的跨越的話，那么人工智能將會(huì)引領(lǐng)MCU產(chǎn)品進(jìn)行全新的二次青春，破繭成蝶般煥發(fā)全新的魅力，甚至可能迎來更為廣闊的應(yīng)用舞臺(tái)。

傳統(tǒng)嵌入式產(chǎn)品的開發(fā)過程

現(xiàn)階段嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的需求和流程

在MCU端實(shí)現(xiàn)相對簡易的AI算法或應(yīng)用首當(dāng)其沖的就是對設(shè)備端芯片的并行計(jì)算能力和存儲(chǔ)器帶寬提出了更高的要求，與此同時(shí)又必須保證原有MCU產(chǎn)品的低功耗、低成本以確保不會(huì)增加系統(tǒng)的開銷。這就給嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)和設(shè)計(jì)提出了全新的要求，也為MCU廠商提供的產(chǎn)品和服務(wù)提出了全新的挑戰(zhàn)，比如更強(qiáng)的擴(kuò)展和更安全之外，還需要更好的開發(fā)工具，將以往云端在GPU、CPU或ASIC進(jìn)行處理的算法進(jìn)行代碼轉(zhuǎn)換，讓MCU進(jìn)行識(shí)別并處理。MCU適應(yīng)AIoT并不僅是+AI IP那么簡單，在代碼移植性、軟件兼容性上都要做好開發(fā)工具的配合。

上面兩幅圖很清晰的展示了傳統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的流程和目前面向AI+IoT的嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)需求已經(jīng)產(chǎn)生了本質(zhì)的變化，特別是對MCU產(chǎn)品的計(jì)算能力、存儲(chǔ)空間以及軟件開發(fā)工具都提出了更高的要求，特別的，人工智能算法的應(yīng)用，對傳統(tǒng)以單純嵌入式RTOS為核心的MCU運(yùn)行平臺(tái)提出了不同的挑戰(zhàn)，部分虛擬化技術(shù)將會(huì)逐漸平移到MCU平臺(tái)，以幫助邊緣端具有更為靈活的人工智能算法施展空間。面對如此的技術(shù)發(fā)展需求，不同的MCU廠商紛紛給出各自的應(yīng)對策略，從而希望能夠抓住MCU發(fā)展的新浪潮，搶占未來邊緣端應(yīng)用的制高點(diǎn)，這一點(diǎn)大家可以在即將開幕的慕尼黑上海電子展上尋覓到青春的氣息。

作為近年來成長勢頭最猛的MCU廠商，意法半導(dǎo)體（展位號(hào)4108）將其STM32的生態(tài)打造得有聲有色，特別是近年來跟阿里云的密切合作，使得STM32的新產(chǎn)品均可以直接滿足阿里云的接入需求，幫助開發(fā)者快速實(shí)現(xiàn)與阿里云系統(tǒng)的對接。特別的意法半導(dǎo)體為MCU增加了更多的實(shí)用功能，STM32WB采用雙核射頻集成，可以支持藍(lán)牙和802.15.4（zigbee、Thread），除了可以做藍(lán)牙數(shù)據(jù)傳輸，還可以進(jìn)行語音、圖像顯示、傳感器的數(shù)據(jù)處理，下一步ST還將推出WL系列，即長距離（Long range）無線，諸如Sub-GHz等，甚至是帶有WiFi的SoC，這些都是ST在未來的規(guī)劃。值得重點(diǎn)提出的是，STM32將會(huì)加入Linux系統(tǒng)，而不僅僅采用RTOS。與之相搭配的是，ST將在未來推出支持雙核Arm  Cortex-A7的樣片，可以說這個(gè)產(chǎn)品的架構(gòu)已經(jīng)不再只是MCU了，而跟AP靠攏了。此外，意法半導(dǎo)體為很多中國企業(yè)提供HomeKit——Apple Homekit BLE，這套工具（Apple Homekit BLE）將于 2018年中期率先支持STM32L476 (512 kB+閃存)和 STM32F413平臺(tái)，之后支持STM32WB系列。在人工智能應(yīng)用方面，意法半導(dǎo)體積極確保通過一些簡單工具來實(shí)現(xiàn)STM32上的人工智能，比如提供一個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸出器STM32Cube.AI，把現(xiàn)有成熟的算法轉(zhuǎn)化成在MCU上運(yùn)行的AI算法。其目標(biāo)應(yīng)用是相對比較簡單的應(yīng)用，如語音、圖像、人臉識(shí)別，以及其他需要MCU進(jìn)行處理的應(yīng)用。這個(gè)工具能夠讓工程師直接簡單的在STM32上得到實(shí)現(xiàn)。

作為MCU領(lǐng)域的老牌領(lǐng)導(dǎo)廠商，瑞薩電子（展位號(hào)4510）的物聯(lián)網(wǎng)MCU策略進(jìn)行的更為多樣化，RL78系列MCU、RX系列等MCU均適用于物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)處理應(yīng)用，其中RX65N/RX651系列是采用了瑞薩電子獨(dú)有的RXv2增強(qiáng)型內(nèi)核的高性能微控制器，支持浮點(diǎn)運(yùn)算與數(shù)字信號(hào)處理指令，另外還包括多種片上外設(shè)和大容量存儲(chǔ)空間。RX65N/RX651系列具有增強(qiáng)的模擬外設(shè)功能，支持以太網(wǎng)和USB主/從等功能，可以用于高速通信連接。高性能的RX700系列帶有高達(dá)120MHz 大容量Flash，客戶在二次開發(fā)時(shí)可以將Flash中的內(nèi)容作為數(shù)據(jù)讀出，保障了數(shù)據(jù)安全的同時(shí)，也為部分人工智能算法的應(yīng)用提供了可能。特別的，瑞薩電子推出的物聯(lián)網(wǎng)及嵌入式開發(fā)平臺(tái)Synergy由五部分組成：軟件、處理器、工具和開發(fā)板、解決方案以及資料庫，是專為物聯(lián)網(wǎng)及嵌入式開發(fā)者定制的平臺(tái)，擁有更完整的內(nèi)容、認(rèn)證與支持，可將工程師從乏味的基礎(chǔ)架構(gòu)編程中解放出來，更快的將復(fù)雜的設(shè)計(jì)產(chǎn)品化，加速創(chuàng)意產(chǎn)品化的進(jìn)程。Synergy平臺(tái)的核心時(shí)軟件資源包和解決方案庫，面向云和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，使用MQTT+TLS構(gòu)建安全連接，10分鐘內(nèi)即可構(gòu)建與百度云的平穩(wěn)連接，基于Synergy S7SK并融合本地的生態(tài)系統(tǒng)，可以為IoT系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)在云端和邊緣端的人工智能整體化應(yīng)用設(shè)計(jì)。

作為電子行業(yè)的風(fēng)向標(biāo)和開年大展，2019年的慕尼黑電子展上面向AI+IoT融合應(yīng)用的MCU廠商不止以上兩家，羅姆（展位號(hào)4300）賽普拉斯（展位號(hào)4116）以及華大（展位號(hào)45300）等都將攜最新的面向物聯(lián)網(wǎng)的MCU產(chǎn)品參展，屆時(shí)邀請大家前來共同感受AI+IoT浪潮帶來的MCU開發(fā)的二次青春。