工業(yè)控制、智慧城市、智能家居領(lǐng)域的AI應(yīng)用及開發(fā)挑戰(zhàn)

1   關(guān)注工業(yè)控制、智慧城市、智能家居在工業(yè)和物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域

中，恩智浦關(guān)注的嵌入式人工智能（AI）和機(jī)器學(xué)習(xí)應(yīng)用主要包括工業(yè)控制、智慧城市以及智能家居3個(gè)方面。

●   工業(yè)控制。恩智浦通過(guò)提供能夠進(jìn)行實(shí)時(shí)觀察、學(xué)習(xí)和調(diào)整的設(shè)備來(lái)為企業(yè)用戶提供更好的預(yù)測(cè)和控制功能，通過(guò)提高設(shè)備的智能化程度來(lái)提高終端產(chǎn)品性能。在工業(yè)控制中的人機(jī)接口（HMI）應(yīng)用領(lǐng)域，主要產(chǎn)品類型包括用戶友好型消費(fèi)產(chǎn)品屏幕、安全可靠的汽車驅(qū)動(dòng)程序接口、工業(yè)面板、繳費(fèi)機(jī)和數(shù)據(jù)訪問(wèn)終端等。在這些應(yīng)用中，恩智浦可以為客戶提供性能可擴(kuò)展的系列MCU（微控制器）、處理器、傳感器和軟件工具套件，可幫助客戶在應(yīng)用中添加語(yǔ)音識(shí)別、視頻和圖像分析處理、觸摸和手勢(shì)控制等功能。在工業(yè)控制中的工廠自動(dòng)化應(yīng)用領(lǐng)域，恩智浦可以為客戶提供實(shí)時(shí)處理及穩(wěn)定通信能力，幫助完成工業(yè)系統(tǒng)中的實(shí)時(shí)控制。

●   智慧城市。恩智浦通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)將圖像和語(yǔ)音與先進(jìn)的多媒體和智能處理能力相結(jié)合，使基于恩智浦方案的終端設(shè)備在公共安全、智慧交通、醫(yī)療保健以及家庭和樓宇安全等一系列行業(yè)中均處于優(yōu)勢(shì)地位，可以為企業(yè)和組織提供優(yōu)化的解決方案，幫助建設(shè)更智慧、更安全、更高效互聯(lián)的城市。

●   智能家居。恩智浦提供基于機(jī)器學(xué)習(xí)的智能設(shè)備解決方案（例如門鎖、溫濕度計(jì)和照明等），可通過(guò)學(xué)習(xí)用戶喜好和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)做出自主決策，在提升生活環(huán)境居住體驗(yàn)的同時(shí)保證功能安全、信息安全和便利性。

恩智浦半導(dǎo)體 微控制器與處理器事業(yè)部 大中華區(qū)市場(chǎng)工程師 劉昱煒

2   工程師或研發(fā)人員應(yīng)用時(shí)遇到的挑戰(zhàn)

機(jī)器學(xué)習(xí)和AI 應(yīng)用在嵌入式端落地時(shí)可能遇到的主要問(wèn)題包括以下幾個(gè)方面。

1）硬件平臺(tái)。在嵌入式端運(yùn)行深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型對(duì)硬件平臺(tái)的計(jì)算能力和資源有較高的需求，同時(shí)也會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)功耗的增加。如何平衡計(jì)算性能與功耗并依靠有限的計(jì)算能力和存儲(chǔ)資源，在嵌入式端推理過(guò)程中充分發(fā)揮神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的性能及準(zhǔn)確性，是一個(gè)值得關(guān)注的挑戰(zhàn)。

2）軟件生態(tài)。支持神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)加速的處理器通常是體系復(fù)雜的SoC，這給操作系統(tǒng)、軟件開發(fā)環(huán)境和相關(guān)應(yīng)用軟件的開發(fā)帶來(lái)一定的挑戰(zhàn)。

3）安全及可靠性。由于智能設(shè)備具備自主學(xué)習(xí)和執(zhí)行能力并存儲(chǔ)有大量用戶數(shù)據(jù)和模型，一旦系統(tǒng)在本地或者數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中遭到黑客攻擊，將導(dǎo)致較為嚴(yán)重的安全隱患，對(duì)此類攻擊的防范也是值得關(guān)注的挑戰(zhàn)之一。

3   恩智浦的解決方案

針對(duì)上面提到的3 個(gè)挑戰(zhàn)，恩智浦為客戶提供了對(duì)應(yīng)的解決方案。

1）硬件平臺(tái)，恩智浦提供平臺(tái)可擴(kuò)展、性能配置豐富的可運(yùn)行AI 應(yīng)用的MCU 及處理器。目前恩智浦支持AI 應(yīng)用的MCU 平臺(tái)主要包括：i.MX RT600、i.MXRT1060、i.MX RT1170 等；處理器平臺(tái)主要為i.MX 8M系列，包括其中的i.MX 8M Plus 和i.MX 8M Mini 等。其中今年推出的新產(chǎn)品i.MX 8M Plus 配備2.3TOPS 硬件神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)加速器，可以有效提升神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型在嵌入式端的推理速度。同時(shí)，該產(chǎn)品采用14 nm FinFET 工藝，在取得良好性能表現(xiàn)的同時(shí)保持較低功耗運(yùn)行。

2）軟件生態(tài)，恩智浦分別為MCU 和處理器產(chǎn)品提供了一致化的開發(fā)環(huán)境和SDK；對(duì)于一些典型的嵌入式AI 應(yīng)用，例如人臉識(shí)別、語(yǔ)音控制等，恩智浦提供了諸多參考設(shè)計(jì)以及交鑰匙解決方案；對(duì)于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的構(gòu)建、訓(xùn)練和嵌入式端部署，恩智浦提供了名為eIQ 的工具套件。該工具集成了數(shù)據(jù)集整理、模型訓(xùn)練以及推理引擎的構(gòu)建等諸多功能，可以較好地支持客戶常用的各類模型框架。此外，恩智浦也有一些第三方合作伙伴，通過(guò)提供相關(guān)算法或工具共同構(gòu)建嵌入式AI應(yīng)用的良好生態(tài)環(huán)境。

3）安全及可靠性，恩智浦能夠在全數(shù)據(jù)鏈路為用戶的數(shù)據(jù)安全提供保障。在嵌入式處理器端，恩智浦產(chǎn)品采用安全架構(gòu)（如ARM TrustZone）以及相關(guān)加密模塊保障安全性；在與云端的連接環(huán)節(jié)中，恩智浦提供EdgeScale 支持，可以幫助實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)關(guān)和終端節(jié)電設(shè)備的安全部署和升級(jí)管理等。

（本文來(lái)源于《電子產(chǎn)品世界》雜志2021年9月期）