工業(yè)控制、智慧城市、智能家居領(lǐng)域的AI應用及開(kāi)發(fā)挑戰

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）和機器學(xué)習應用主要包括工業(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(guān)察、學(xué)習和調整的設備來(lái)為企業(yè)用戶(hù)提供更好的預測和控制功能，通過(guò)提高設備的智能化程度來(lái)提高終端產(chǎn)品性能。在工業(yè)控制中的人機接口（HMI）應用領(lǐng)域，主要產(chǎn)品類(lèi)型包括用戶(hù)友好型消費產(chǎn)品屏幕、安全可靠的汽車(chē)驅動(dòng)程序接口、工業(yè)面板、繳費機和數據訪(fǎng)問(wèn)終端等。在這些應用中，恩智浦可以為客戶(hù)提供性能可擴展的系列MCU（微控制器）、處理器、傳感器和軟件工具套件，可幫助客戶(hù)在應用中添加語(yǔ)音識別、視頻和圖像分析處理、觸摸和手勢控制等功能。在工業(yè)控制中的工廠(chǎng)自動(dòng)化應用領(lǐng)域，恩智浦可以為客戶(hù)提供實(shí)時(shí)處理及穩定通信能力，幫助完成工業(yè)系統中的實(shí)時(shí)控制。

●   智慧城市。恩智浦通過(guò)機器學(xué)習將圖像和語(yǔ)音與先進(jìn)的多媒體和智能處理能力相結合，使基于恩智浦方案的終端設備在公共安全、智慧交通、醫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。恩智浦提供基于機器學(xué)習的智能設備解決方案（例如門(mén)鎖、溫濕度計和照明等），可通過(guò)學(xué)習用戶(hù)喜好和實(shí)時(shí)數據做出自主決策，在提升生活環(huán)境居住體驗的同時(shí)保證功能安全、信息安全和便利性。

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

2   工程師或研發(fā)人員應用時(shí)遇到的挑戰

機器學(xué)習和AI 應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。在嵌入式端運行深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )模型對硬件平臺的計算能力和資源有較高的需求，同時(shí)也會(huì )導致系統功耗的增加。如何平衡計算性能與功耗并依靠有限的計算能力和存儲資源，在嵌入式端推理過(guò)程中充分發(fā)揮神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )模型的性能及準確性，是一個(gè)值得關(guān)注的挑戰。

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雜的SoC，這給操作系統、軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境和相關(guān)應用軟件的開(kāi)發(fā)帶來(lái)一定的挑戰。

3）安全及可靠性。由于智能設備具備自主學(xué)習和執行能力并存儲有大量用戶(hù)數據和模型，一旦系統在本地或者數據傳輸過(guò)程中遭到黑客攻擊，將導致較為嚴重的安全隱患，對此類(lèi)攻擊的防范也是值得關(guān)注的挑戰之一。

3   恩智浦的解決方案

針對上面提到的3 個(gè)挑戰，恩智浦為客戶(hù)提供了對應的解決方案。

1）硬件平臺，恩智浦提供平臺可擴展、性能配置豐富的可運行AI 應用的MCU 及處理器。目前恩智浦支持AI 應用的MCU 平臺主要包括：i.MX RT600、i.MXRT1060、i.MX RT1170 等；處理器平臺主要為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的同時(shí)保持較低功耗運行。

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(kāi)發(fā)環(huán)境和SDK；對于一些典型的嵌入式AI 應用，例如人臉識別、語(yǔ)音控制等，恩智浦提供了諸多參考設計以及交鑰匙解決方案；對于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )模型的構建、訓練和嵌入式端部署，恩智浦提供了名為eIQ 的工具套件。該工具集成了數據集整理、模型訓練以及推理引擎的構建等諸多功能，可以較好地支持客戶(hù)常用的各類(lèi)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)算法或工具共同構建嵌入式AI應用的良好生態(tài)環(huán)境。

3）安全及可靠性，恩智浦能夠在全數據鏈路為用戶(hù)的數據安全提供保障。在嵌入式處理器端，恩智浦產(chǎn)品采用安全架構（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)節中，恩智浦提供EdgeScale 支持，可以幫助實(shí)現對網(wǎng)關(guān)和終端節電設備的安全部署和升級管理等。

（本文來(lái)源于《電子產(chǎn)品世界》雜志2021年9月期）