當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；2018什么應用最有前途，物聯(lián)網(wǎng)敢說(shuō)第二沒(méi)人敢說(shuō)第一，畢竟連幾乎改變了中國人消費習慣的阿里巴巴在2018年都公開(kāi)宣布物聯(lián)網(wǎng)作為公司下一步發(fā)展的核心戰略。人工智能技術(shù)的火爆，必然會(huì )和最有前途同時(shí)應用最廣泛的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)生全新的融合，在A(yíng)I+IoT的時(shí)代，實(shí)現人工智能技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)在實(shí)際應用中的落地融合，已經(jīng)成為各大傳統行業(yè)向物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代邁進(jìn)過(guò)程中智能化升級的最佳通道。

根據IC insights的預計，從2017年到2022年MCU在IoT里每年的復合增長(cháng)率是17%。到2020年，會(huì )有超過(guò)30億個(gè)物體連接在一起。2017年，通過(guò)中國三大運營(yíng)商連到云端的IoT數量占到全球56%，也就是說(shuō)在運營(yíng)商層面上連到IoT的物體有超過(guò)一半在中國。當人工智能照進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)，MCU必須適應全新的技術(shù)需求才能迎接如此龐大的市場(chǎng)挑戰。

人工智能升級物聯(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)的運營(yíng)離不開(kāi)人工智能對整個(gè)互聯(lián)萬(wàn)物的統籌管理，人工智能通過(guò)大量數據進(jìn)行分析，做出對未來(lái)趨勢性的推斷，而物聯(lián)網(wǎng)則肩負著(zhù)資料收集的重任，通過(guò)嵌入在產(chǎn)品中的傳感器不斷將數據上傳至云端，如同一個(gè)復雜的人類(lèi)個(gè)體，人工智能更像人的大腦指揮著(zhù)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)皮膚細胞，獲取各種信息并傳遞給大腦進(jìn)行統一處理。只有當物聯(lián)網(wǎng)的各個(gè)部分都賦予了不同層級的智能，才能構成一個(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的應用場(chǎng)景很多，但只有結合物聯(lián)網(wǎng)，才能找到更實(shí)際且更廣闊的應用空間，在萬(wàn)物互聯(lián)的支撐下，AI才能實(shí)現其強大的智能駕馭系統的能力。而借助AI和IoT融合，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)生、收集的海量數據，再通過(guò)大數據分析，形成智能化的應用場(chǎng)景，能夠讓物聯(lián)網(wǎng)真正的實(shí)現全面的自動(dòng)化全局化運營(yíng)管理的理想場(chǎng)景。智聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，現有的商業(yè)模式和生活習慣都將會(huì )改變。以智能家居市場(chǎng)為例，數據顯示，2018年中國智能家居規模將達到1800億元，到2020年智能家居市場(chǎng)規模將達到3576億元。分析師預測，2021年全球智能家居市場(chǎng)規模將達5000多億元。飛速爆發(fā)中的AIoT市場(chǎng)，所蘊藏的人機交互需求及前景無(wú)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(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(zhuān)屬。隨著(zhù)邊緣端計算能力的不斷提升，如果以傳統人工智能的模型將所有數據都上傳到云端，一方面將會(huì )造成云端龐大而冗余的數據處理需求，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，從而影響整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)的應用體驗和運營(yíng)效率。在這樣的訴求下，邊緣人工智能與云端人工智能相結合就成為提升AI與IoT融合最有效的解決方案。

邊緣智能重塑MCU新未來(lái)

云計算的興起，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(zhù)物聯(lián)網(wǎng)應用的深入，龐大的數據交互和云端計算的開(kāi)銷(xiāo)帶來(lái)的是整個(gè)系統反應的遲滯和效率的延緩，因此邊緣計算能力越來(lái)越引起足夠的重視，由此而來(lái)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(lái)越高，邊緣計算猶如人類(lèi)身體的神經(jīng)末梢，可以對簡(jiǎn)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，在萬(wàn)物智聯(lián)的場(chǎng)景中，設備與設備間將互聯(lián)互通，形成數據交互、共享的嶄新生態(tài)。在這個(gè)過(guò)程中，終端不僅需要有更加高效的算力，在大多數場(chǎng)景中，還必須具有本地自主決斷及響應能力。舉個(gè)簡(jiǎn)單的場(chǎng)景，無(wú)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(wú)人駕駛首先要做到的是即使沒(méi)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 )出現極微小的丟包，都可能釀成嚴重的事故。

作為物聯(lián)網(wǎng)終端處理應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未來(lái)的邊緣端智能化的需求。如果說(shuō)從最早的單片機向SoC架構為主的MCU轉變是第一次青春期般的跨越的話(huà)，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(lái)更為廣闊的應用舞臺。

傳統嵌入式產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)過(guò)程

現階段嵌入式系統開(kāi)發(fā)的需求和流程

在MCU端實(shí)現相對簡(jiǎn)易的AI算法或應用首當其沖的就是對設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(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 )增加系統的開(kāi)銷(xiāo)。這就給嵌入式系統的開(kāi)發(fā)和設計提出了全新的要求，也為MCU廠(chǎng)商提供的產(chǎn)品和服務(wù)提出了全新的挑戰，比如更強的擴展和更安全之外，還需要更好的開(kāi)發(fā)工具，將以往云端在GPU、CPU或ASIC進(jìn)行處理的算法進(jìn)行代碼轉換，讓MCU進(jìn)行識別并處理。MCU適應AIoT并不僅是+AI IP那么簡(jiǎn)單，在代碼移植性、軟件兼容性上都要做好開(kāi)發(fā)工具的配合。

上面兩幅圖很清晰的展示了傳統的嵌入式系統開(kāi)發(fā)的流程和目前面向AI+IoT的嵌入式系統的開(kāi)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(kāi)發(fā)工具都提出了更高的要求，特別的，人工智能算法的應用，對傳統以單純嵌入式RTOS為核心的MCU運行平臺提出了不同的挑戰，部分虛擬化技術(shù)將會(huì )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(chǎng)商紛紛給出各自的應對策略，從而希望能夠抓住MCU發(fā)展的新浪潮，搶占未來(lái)邊緣端應用的制高點(diǎn)，這一點(diǎn)大家可以在即將開(kāi)幕的慕尼黑上海電子展上尋覓到青春的氣息。

作為近年來(lái)成長(cháng)勢頭最猛的MCU廠(chǎng)商，意法半導體（展位號4108）將其STM32的生態(tài)打造得有聲有色，特別是近年來(lái)跟阿里云的密切合作，使得STM32的新產(chǎn)品均可以直接滿(mǎn)足阿里云的接入需求，幫助開(kāi)發(fā)者快速實(shí)現與阿里云系統的對接。特別的意法半導體為MCU增加了更多的實(shí)用功能，STM32WB采用雙核射頻集成，可以支持藍牙和802.15.4（zigbee、Thread），除了可以做藍牙數據傳輸，還可以進(jìn)行語(yǔ)音、圖像顯示、傳感器的數據處理，下一步ST還將推出WL系列，即長(cháng)距離（Long range）無(wú)線(xiàn)，諸如Sub-GHz等，甚至是帶有WiFi的SoC，這些都是ST在未來(lái)的規劃。值得重點(diǎn)提出的是，STM32將會(huì )加入Linux系統，而不僅僅采用RTOS。與之相搭配的是，ST將在未來(lái)推出支持雙核Arm  Cortex-A7的樣片，可以說(shuō)這個(gè)產(chǎn)品的架構已經(jīng)不再只是MCU了，而跟AP靠攏了。此外，意法半導體為很多中國企業(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。在人工智能應用方面，意法半導體積極確保通過(guò)一些簡(jiǎn)單工具來(lái)實(shí)現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，把現有成熟的算法轉化成在MCU上運行的AI算法。其目標應用是相對比較簡(jiǎn)單的應用，如語(yǔ)音、圖像、人臉識別，以及其他需要MCU進(jìn)行處理的應用。這個(gè)工具能夠讓工程師直接簡(jiǎn)單的在STM32上得到實(shí)現。

作為MCU領(lǐng)域的老牌領(lǐng)導廠(chǎng)商，瑞薩電子（展位號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)節點(diǎn)處理應用，其中RX65N/RX651系列是采用了瑞薩電子獨有的RXv2增強型內核的高性能微控制器，支持浮點(diǎn)運算與數字信號處理指令，另外還包括多種片上外設和大容量存儲空間。RX65N/RX651系列具有增強的模擬外設功能，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(hù)在二次開(kāi)發(fā)時(shí)可以將Flash中的內容作為數據讀出，保障了數據安全的同時(shí)，也為部分人工智能算法的應用提供了可能。特別的，瑞薩電子推出的物聯(lián)網(wǎng)及嵌入式開(kāi)發(fā)平臺Synergy由五部分組成：軟件、處理器、工具和開(kāi)發(fā)板、解決方案以及資料庫，是專(zhuān)為物聯(lián)網(wǎng)及嵌入式開(kāi)發(fā)者定制的平臺，擁有更完整的內容、認證與支持，可將工程師從乏味的基礎架構編程中解放出來(lái)，更快的將復雜的設計產(chǎn)品化，加速創(chuàng )意產(chǎn)品化的進(jìn)程。Synergy平臺的核心時(shí)軟件資源包和解決方案庫，面向云和物聯(lián)網(wǎng)應用，使用MQTT+TLS構建安全連接，10分鐘內即可構建與百度云的平穩連接，基于Synergy S7SK并融合本地的生態(tài)系統，可以為IoT系統實(shí)現在云端和邊緣端的人工智能整體化應用設計。

作為電子行業(yè)的風(fēng)向標和開(kāi)年大展，2019年的慕尼黑電子展上面向AI+IoT融合應用的MCU廠(chǎng)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(shí)邀請大家前來(lái)共同感受AI+IoT浪潮帶來(lái)的MCU開(kāi)發(fā)的二次青春。