當(dāng)AI照進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，必然會和最有前途同時應(yīng)用最廣泛的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)生全新的融合，在AI+IoT的時代，實現(xiàn)人工智能技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)在實際應(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)時代邁進過程中智能化升級的最佳通道。

根據(jù)IC insights的預(yù)計，從2017年到2022年MCU在IoT里每年的復(fù)合增長率是17%。到2020年，會有超過30億個物體連接在一起。2017年，通過中國三大運營商連到云端的IoT數(shù)量占到全球56%，也就是說在運營商層面上連到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)。

人工智能升級物聯(lián)網(wǎng)

物聯(lián)網(wǎng)是個高度物化的龐大網(wǎng)絡(luò)，物聯(lián)網(wǎng)的運營離不開人工智能對整個互聯(lián)萬物的統(tǒng)籌管理，人工智能通過大量數(shù)據(jù)進行分析，做出對未來趨勢性的推斷，而物聯(lián)網(wǎng)則肩負著資料收集的重任，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，如同一個復(fù)雜的人類個體，人工智能更像人的大腦指揮著整個人的每個動作，而物聯(lián)網(wǎng)則像人的神經(jīng)、四肢以及每個皮膚細胞，獲取各種信息并傳遞給大腦進行統(tǒng)一處理。只有當(dāng)物聯(lián)網(wǎng)的各個部分都賦予了不同層級的智能，才能構(gòu)成一個完整的生命體。

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才能實現(xiàn)其強大的智能駕馭系統(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)真正的實現(xiàn)全面的自動化全局化運營管理的理想場景。智聯(lián)網(wǎng)時代，現(xiàn)有的商業(yè)模式和生活習(xí)慣都將會改變。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)模將達到1800億元，到2020年智能家居市場規(guī)模將達到3576億元。分析師預(yù)測，2021年全球智能家居市場規(guī)模將達5000多億元。飛速爆發(fā)中的AIoT市場，所蘊藏的人機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，從早期的單機智能逐步演進到互聯(lián)智能再進化到主動智能，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信息處理需求做出第一時間的反應(yīng)，從而影響整個物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用體驗和運營效率。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

云計算的興起，帶動的是連接傳輸速度的提升以及對邊緣端計算能力的弱化，期望以云作為計算能力的核心而盡可能降低邊緣端的計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)交互和云端計算的開銷帶來的是整個系統(tǒng)反應(yīng)的遲滯和效率的延緩，因此邊緣計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，邊緣計算猶如人類身體的神經(jīng)末梢，可以對簡單的刺激進行自行處理，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。舉個簡單的場景，無人駕駛必然需要借助網(wǎng)絡(luò)的智能進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，那么人工智能將會引領(lǐng)MCU產(chǎn)品進行全新的二次青春，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。

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)備端芯片的并行計算能力和存儲器帶寬提出了更高的要求，與此同時又必須保證原有MCU產(chǎn)品的低功耗、低成本以確保不會增加系統(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)，比如更強的擴展和更安全之外，還需要更好的開發(fā)工具，將以往云端在GPU、CPU或ASIC進行處理的算法進行代碼轉(zhuǎn)換，讓MCU進行識別并處理。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)品的計算能力、存儲空間以及軟件開發(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運行平臺提出了不同的挑戰(zhàn)，部分虛擬化技術(shù)將會逐漸平移到MCU平臺，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，這一點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增加了更多的實用功能，STM32WB采用雙核射頻集成，可以支持藍牙和802.15.4（zigbee、Thread），除了可以做藍牙數(shù)據(jù)傳輸，還可以進行語音、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。值得重點提出的是，STM32將會加入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，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現(xiàn)STM32上的人工智能，比如提供一個神經(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、人臉識別，以及其他需要MCU進行處理的應(yīng)用。這個工具能夠讓工程師直接簡單的在STM32上得到實現(xiàn)。

作為MCU領(lǐng)域的老牌領(lǐng)導(dǎo)廠商，瑞薩電子（展位號4510）的物聯(lián)網(wǎng)MCU策略進行的更為多樣化，RL78系列MCU、RX系列等MCU均適用于物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點處理應(yīng)用，其中RX65N/RX651系列是采用了瑞薩電子獨有的RXv2增強型內(nèi)核的高性能微控制器，支持浮點運算與數(shù)字信號處理指令，另外還包括多種片上外設(shè)和大容量存儲空間。RX65N/RX651系列具有增強的模擬外設(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120MHz 大容量Flash，客戶在二次開發(fā)時可以將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，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，擁有更完整的內(nèi)容、認證與支持，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)計產(chǎn)品化，加速創(chuàng)意產(chǎn)品化的進程。Synergy平臺的核心時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)實現(xiàn)在云端和邊緣端的人工智能整體化應(yīng)用設(shè)計。

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4300）賽普拉斯（展位號4116）以及華大（展位號45300）等都將攜最新的面向物聯(lián)網(wǎng)的MCU產(chǎn)品參展，屆時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。