邊緣AI持續升溫 智慧聯(lián)網(wǎng)趨勢成形

 物聯(lián)網(wǎng)（IoT）無(wú)疑是近年來(lái)最重要的應用發(fā)展之一，它不僅讓智慧家庭成為可能，同時(shí)也實(shí)現了智能制造的愿景。目前，它也正持續的深入我們的所有日常生活之中，幫包含智慧城市、智慧運輸等，處處都有物聯(lián)網(wǎng)的身影。

然而要實(shí)現物聯(lián)網(wǎng)應用，IoT組件的使用就是不可或缺的一環(huán)。而當前市場(chǎng)上已存在多家的供貨商，也提供多樣化的IoT組件方案。本次所進(jìn)行的「2021年IoT組件供貨商品牌暨采購行為年度調查」，就是要找出哪幾家供貨商具備較佳的品牌識別，能夠提供讓開(kāi)發(fā)者信任的產(chǎn)品；另一方面，在組件的采購上，具備哪些特性的組件才是開(kāi)發(fā)者所需要的。

物聯(lián)網(wǎng)邁向新戰場(chǎng)
一開(kāi)始先讓我們來(lái)觀(guān)察一下物聯(lián)網(wǎng)的市場(chǎng)趨勢。我們發(fā)現在2021年的物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)逐步進(jìn)化成為智聯(lián)網(wǎng)，并以AI賦能裝置邁向自主化。在2021年，物聯(lián)網(wǎng)以深度結合AI作為提升價(jià)值之主要核心，IoT定義也從Internet of Things演化為 Intelligence of Things，透過(guò)深度學(xué)習與計算機視覺(jué)等工具的附加，讓IoT軟硬件應用全面升級；在綜合產(chǎn)業(yè)動(dòng)態(tài)并考慮經(jīng)濟振興與遠程操作需求下，具體呈現于智能制造與智能醫療兩大垂直應用領(lǐng)域。以制造端來(lái)看，非接觸技術(shù)加速工業(yè)4.0的導入，在智能工廠(chǎng)追求韌性、彈性及效率下，AI致力使Cobot、無(wú)人機等邊緣端裝置具更高精度及檢測能量，由自動(dòng)化步入自主化。在醫療業(yè)方面，AI為數據加值于流程優(yōu)化與場(chǎng)域延伸，以及更快的影像辨識以支持臨床決策、乃至遠程問(wèn)診與手術(shù)輔助，皆是AI醫聯(lián)網(wǎng)整合技術(shù)至智慧院所、遠距醫療的重要發(fā)展指標。

根據TrendForce的調查研究指出，綠地、太空、元宇宙，將成為物聯(lián)網(wǎng)2022年的三大主戰場(chǎng)。正由于跟上了5G與半導體的這一波產(chǎn)業(yè)熱潮，2022年物聯(lián)網(wǎng)接近200億臺的連接設備，將持續以AI為基礎，并取關(guān)鍵性（Critical）與永續性（Sustainability）為貫穿來(lái)年物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的兩大發(fā)展支柱，進(jìn)而帶出三個(gè)技術(shù)主戰場(chǎng)，包括要求環(huán)境永續、脫碳生產(chǎn)的綠色IoT，著(zhù)眼無(wú)遠弗屆、萬(wàn)物相連的太空IoT，以及聚焦數據演算、鏡射現實(shí)的元宇宙IoT。

這些關(guān)鍵技術(shù)，各技術(shù)本身都可望成為產(chǎn)業(yè)大廠(chǎng)跨域布局的灘頭堡，以及物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品服務(wù)的設計主軸。延伸此基礎至終端應用面，2022年物聯(lián)網(wǎng)將以更為穩定、實(shí)時(shí)、節能且預測之效益，賦能多元垂直領(lǐng)域；而市場(chǎng)主流的IoT應用中，預期將以智能城市的環(huán)境監控與防疫管理、智慧家庭的居家安全與沉浸娛樂(lè )、智能制造的虛實(shí)整合與數字仿真、以及智能醫療的遠程服務(wù)與精準醫學(xué)為四大核心領(lǐng)域，協(xié)助企業(yè)于后疫情時(shí)代轉型再進(jìn)化。

此外，這兩年來(lái)隨著(zhù)疫情肆虐，全球企業(yè)無(wú)不加快數位轉型步伐，大舉擁抱物聯(lián)網(wǎng)、5G、人工智能、邊緣運算等科技，藉此建立更韌性的營(yíng)運體質(zhì)。然而，這也使得過(guò)去封閉的IT與OT環(huán)境將更為開(kāi)放，讓資安問(wèn)題變得更為嚴峻；光是2021年上半年，IoT裝置資安攻擊事件就比去年同期大幅倍增。物聯(lián)網(wǎng)安全威脅已不能等閑視之。

行動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的發(fā)展，手機硬件性能的提升，能夠快速處理巨大容量的軟件。隨著(zhù)AIoT時(shí)代的到來(lái)，傳統大型軟件已經(jīng)不能滿(mǎn)足IoT時(shí)代多設備互聯(lián)的發(fā)展，特別是在智能汽車(chē)的發(fā)展上?？鞈眉袋c(diǎn)即用、服務(wù)直達的優(yōu)勢，順應5G時(shí)代的發(fā)展，在高帶寬、低延遲、實(shí)時(shí)處理等場(chǎng)景的需求下，能夠提供實(shí)時(shí)化的服務(wù)和云端更新，對于開(kāi)發(fā)者來(lái)講更為便捷，也更能滿(mǎn)足用戶(hù)的需求。

改善物聯(lián)網(wǎng)安全
而由于物聯(lián)網(wǎng)的普及，使得聯(lián)網(wǎng)安全也成為了值得關(guān)注的議題。Palo Alto Networks針對全球19個(gè)國家與地區的IT決策者進(jìn)行物聯(lián)網(wǎng)資安調查，結果顯示，組織需要改變物聯(lián)網(wǎng)安全，以保護企業(yè)網(wǎng)絡(luò )免于家庭裝置的攻擊。根據2021年的調查，77％將物聯(lián)網(wǎng)裝置連接到組織網(wǎng)絡(luò )的受訪(fǎng)者表示，去年連接到企業(yè)網(wǎng)絡(luò )的非商業(yè)裝置有所增加。在今年的研究中，智慧燈泡、心率監測器、聯(lián)機的運動(dòng)裝置、咖啡機、游戲機，甚至是寵物喂食器被發(fā)現在網(wǎng)絡(luò )裝置列表上也一點(diǎn)都不奇怪。

Palo Alto Networks臺灣區總經(jīng)理尤惠生表示，遠距工作趨勢的興起，讓出現在組織網(wǎng)絡(luò )的非商業(yè)物聯(lián)網(wǎng)裝置大幅增加，這位組織帶來(lái)了更多資安挑戰與風(fēng)險。IT決策者也認為組織需要改變物聯(lián)網(wǎng)安全，以保護企業(yè)網(wǎng)絡(luò )免于非商業(yè)裝置的攻擊。98%的臺灣IT決策者表示在疫情期間的遠距工作，導致組織的物聯(lián)網(wǎng)資安事件數量增加。黑客了解僅僅透過(guò)一個(gè)小型物聯(lián)網(wǎng)傳感器就得以進(jìn)入網(wǎng)絡(luò )，發(fā)起如勒索軟件的攻擊。

值得注意的是，今年對全球有物聯(lián)網(wǎng)裝置連接至組織網(wǎng)絡(luò )上的1,900名IT決策者進(jìn)行的調查中，四分之三（75%）臺灣受訪(fǎng)者表示，物聯(lián)網(wǎng)裝置網(wǎng)絡(luò )與主要裝置和業(yè)務(wù)應用程序的網(wǎng)絡(luò )（例如人力資源系統、電子郵件服務(wù)器、財務(wù)系統等）各自獨立，另外目前有13%的受訪(fǎng)企業(yè)遵循最佳實(shí)踐，利用網(wǎng)絡(luò )微切分（microsegmentation）將物聯(lián)網(wǎng)裝置保護于企業(yè)嚴格控制的安全區域，以隔離物聯(lián)網(wǎng)裝置并將它們與 IT 裝置分開(kāi)，以避免黑客在網(wǎng)絡(luò )上橫向移動(dòng)。


 
圖一 : 2021年IoT組件供貨商品牌年度調查結果（制圖：王岫晨）

IoT組件供貨商品牌暨采購行為年度調查
在本次的物聯(lián)網(wǎng)組件供貨商品牌暨采購行為年度調查中，針對了主要的物聯(lián)網(wǎng)組件供貨商進(jìn)行品牌喜好度的訪(fǎng)查與問(wèn)卷調查。所參與調查的廠(chǎng)商均是全球知名的半導體大廠(chǎng)，競爭可說(shuō)是相當激烈。而調查結果也出爐，不出意外的，前三名是由知名的半導體大廠(chǎng)意法半導體（ST）、Microchip、德州儀器（TI）所搶下。

針對物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)，此次品牌票選居于首位的意法半導體認為，物聯(lián)網(wǎng)開(kāi)啟了數十億智能連接設備使用無(wú)處不在的互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議技術(shù)進(jìn)行相互通聯(lián)的潛力。物聯(lián)網(wǎng)使幾乎所有系統都能夠利用互聯(lián)網(wǎng)和云端運算生態(tài)系統，以進(jìn)行創(chuàng )新并使各種對像變得更加智能和感知?；ヂ?lián)網(wǎng)連接設備數量的成長(cháng)是由高質(zhì)量、高可靠的無(wú)線(xiàn)連接以及低成本低功耗嵌入式組件的廣泛可用性推動(dòng)的。雖然物聯(lián)網(wǎng)設備有許多不同的外形，但它們都需要通用的功能構建區塊，例如處理和安全、感測和驅動(dòng)、連接、信號調節、保護、電源和能源管理。

也因此，需要高水平的創(chuàng )新才能提供滿(mǎn)足市場(chǎng)中各種應用特定需求的解決方案。物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)發(fā)展的技術(shù)包括無(wú)處不在的嵌入式處理，如人工智能、有線(xiàn)和無(wú)線(xiàn)連接、安全和保護、創(chuàng )新電源技術(shù)、云和邊緣計算以及大數據分析。在物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)30多年的持續投資和經(jīng)驗，使ST能夠開(kāi)發(fā)出一系列技術(shù)、產(chǎn)品和解決方案，為客戶(hù)提供針對不同應用的定制解決方案。特別是針對要求苛刻的工業(yè)等級物聯(lián)網(wǎng)應用，ST有能力為所有使用者提供解決方案。

品牌票選結果位居第二的Microchip，也積極發(fā)展智能、互聯(lián)且安全的物聯(lián)網(wǎng)設計，并提供整體系統解決方案。這些完整的方案簡(jiǎn)化了創(chuàng )新有線(xiàn)和無(wú)線(xiàn)系統的開(kāi)發(fā)，讓客戶(hù)可以更快地投入生產(chǎn)并加速將產(chǎn)品上市，以轉化成為實(shí)質(zhì)的收入。Microchip的解決方案利用了一個(gè)生態(tài)系統，其中包括了智能處理器、經(jīng)過(guò)認證的有線(xiàn)和無(wú)線(xiàn)連接，以及強大的安全性。此外，還透過(guò)即用型軟件和工具、并與云端運算公司策略合作提供全面的協(xié)助，使客戶(hù)從創(chuàng )意到云端連結的過(guò)程變得快速而輕松。

票選第三名的TI也擁有完整的物聯(lián)網(wǎng)解決方案。從傳感器到云端，TI透過(guò)完整解決方案來(lái)讓客戶(hù)準確感知、理解和傳輸智能化的物聯(lián)網(wǎng)數據。從功率組件、傳感器、連接組件、5G方案、人工智能和深度學(xué)習方面的進(jìn)步，可幫助客戶(hù)為任何應用創(chuàng )造物聯(lián)網(wǎng)設計的下一步里程。TI的電路和設計工具以數十年的系統專(zhuān)業(yè)知識以及云端合作伙伴網(wǎng)絡(luò )為后盾。能夠解決客戶(hù)在電源、性能和安全方面的挑戰，并實(shí)現下一步目標，以加速進(jìn)入市場(chǎng)。

至于其他品牌廠(chǎng)商，則是以些微票數居后，但仍各自擁有完整解決方案優(yōu)勢與特色。關(guān)于這次2021年IoT組件供貨商品牌暨采購行為年度調查結果，請參考圖一所示。

在這次的調查中，也同時(shí)進(jìn)行了物聯(lián)網(wǎng)組件采購行為調查。在采購行為的調查結果，發(fā)現客戶(hù)在選擇購買(mǎi)物聯(lián)網(wǎng)組件的時(shí)候，最在乎的前三大關(guān)鍵要素分別是高整合度、支持服務(wù)，以及開(kāi)發(fā)工具等。至于互連性能、升級兼容與無(wú)線(xiàn)技術(shù)等選擇，則分別列于第四、五、六位。

智慧化聯(lián)網(wǎng)新趨勢
事實(shí)上，物聯(lián)網(wǎng)解決方案的關(guān)鍵核心操作數件，多半都是采用Arm架構所打造。特別是在物聯(lián)網(wǎng)逐漸導入了AI與機器學(xué)習之后，成為更新一代的智慧聯(lián)網(wǎng)，賦予了新的能力，卻也使得整體解決方案變得更為復雜。因此，我們也特別透過(guò)Arm的視角來(lái)解讀物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)，以期能更全面地掌握物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)的發(fā)展趨勢。

Arm應用工程總監徐達勇針對物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展就發(fā)表看法指出，運算從云端轉移至邊緣端甚至是終端裝置，一直是這幾年產(chǎn)業(yè)的大趨勢，而Edge AI及End-point AI也是近幾年熱議的話(huà)題。從產(chǎn)業(yè)開(kāi)始對MCU-based的AI應用，或稱(chēng)嵌入式機器學(xué)習（Embedded ML）、或微型機器學(xué)習（TinyML）的研究，到客戶(hù)端逐步采用，這些發(fā)展都相當值得關(guān)注。

 
TinyML被視為是一個(gè)快速發(fā)展的機器學(xué)習技術(shù)和應用領(lǐng)域，包括硬件、算法和應用軟件，能夠以極低的功耗（通常在mW范圍及以下）執行設備上的傳感器數據分析，藉以實(shí)現各種長(cháng)時(shí)間運作的應用，并滿(mǎn)足電池供電的設備需求，特別是物聯(lián)網(wǎng)設備?，F在市場(chǎng)需要的是，類(lèi)似像在手機這類(lèi)裝置上，就能輕松進(jìn)行的引擎異常偵測、語(yǔ)音助理，或臉部解鎖支付。一旦這些工作要在終端裝置上執行，牽涉到的是如何適當使用SoC的運算能力，并且與電力功耗取得完美的平衡。

面對智慧物聯(lián)在接下來(lái)的發(fā)展狀況，徐達勇表示，TinyML仍會(huì )是明年值得觀(guān)察的重點(diǎn)。從硬件來(lái)看，包括像是MVE（M-profile Vector Extension）向量擴充方案，Compute-in-Memory（內存內運算）等技術(shù)的發(fā)展，將如何進(jìn)一步提升機器學(xué)習效能；而在軟件部分，則是如何讓軟件開(kāi)發(fā)更加簡(jiǎn)單好用、更易于移植到不同環(huán)境中。盡管市場(chǎng)相當看好TinyML對智慧聯(lián)網(wǎng)帶來(lái)的幫助，但也可關(guān)注業(yè)界將如何突破TinyML 的限制：例如對于超低功耗的要求（1TB/sec from SRAM > 1W 16nm），成本要更低、內存使用更精簡(jiǎn)、同時(shí)還要維持更高效的運算能力。

客戶(hù)采購需求

事實(shí)上，要滿(mǎn)足客戶(hù)的物聯(lián)網(wǎng)組件采購，需求可說(shuō)是五花八門(mén)，而解決方案供貨商都必須要能一一滿(mǎn)足這些需求。Arm AIoT方案資深經(jīng)理黃晏祥針對這個(gè)議題指出，一般來(lái)說(shuō)客戶(hù)在選擇智能聯(lián)網(wǎng)組件時(shí)，會(huì )考慮的因素包括了以下：

●實(shí)時(shí)性與低延遲：在許多情況下，將數據發(fā)送回云端進(jìn)行處理是不可行的。減少數據往返時(shí)間不僅可以提高響應時(shí)間，而且在工業(yè)制造等作業(yè)中，實(shí)時(shí)處理對安全和營(yíng)運相當重要。同樣的原則適用于車(chē)聯(lián)網(wǎng)的場(chǎng)景。因此，在智慧聯(lián)網(wǎng)的應用當中，可運用機器學(xué)習（ML），更快獲得訊息，并以極低延遲的效率傳遞給人或機器。

●安全（Security）與隱私保護：當物聯(lián)網(wǎng)裝置被廣泛的部署，而裝置上又收集到如此多的信息，有些甚至機敏的數據，信息安全對于物聯(lián)網(wǎng)從端到云整個(gè)過(guò)程都極為重要。企業(yè)在布署物聯(lián)網(wǎng)時(shí)，對于遵從哪套標準也莫衷一是。因此，Arm便推動(dòng)了PSA認證制度，提供業(yè)界一致的標準。

●低功耗及易于使用：TinyML在硬件方面需要解決對于極低功耗的要求，在軟件上則需要滿(mǎn)足易于使用與移植。

●規?；c經(jīng)濟效益：物聯(lián)網(wǎng)最大的挑戰之一即是碎片化。之前許多企業(yè)傾向采用專(zhuān)用的（proprietary）系統，造成物聯(lián)網(wǎng)不易擴大規模（scale-up），導致經(jīng)濟效益不彰。目前Arm Project Centauri建立了開(kāi)放標準架構，可以先就底層作業(yè)預作處理（如System Ready）、簡(jiǎn)化設計流程，物聯(lián)網(wǎng)的相關(guān)開(kāi)發(fā)者則可針對特定應用場(chǎng)景進(jìn)行差異化的開(kāi)發(fā)。同時(shí)，物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)應用可以更容易且更快的開(kāi)發(fā)，更快的反應市場(chǎng)趨勢并掌握商機，提高企業(yè)的投資報酬率。

結語(yǔ)
隨著(zhù)半導體技術(shù)快速提升，現在可說(shuō)在物聯(lián)網(wǎng)終端裝置上，設計與部署真正智能的時(shí)機。具備感知環(huán)境能力的裝置，能為其搜集到的數據與促成的服務(wù)，創(chuàng )造極大的價(jià)值。硬件與軟件近來(lái)的發(fā)展，將為原本資源受限的終端裝置平臺的能力，促成大幅度的改變，并讓開(kāi)發(fā)人員結合終端裝置真正的智能，打造出視覺(jué)、語(yǔ)音與震動(dòng)的能力。

持續推動(dòng)AIoT產(chǎn)業(yè)去破碎化的觀(guān)念。傳統上使用Driver或者tooling來(lái)限定客戶(hù)，但是，當趨勢來(lái)到軟件定義（Software-define）的現在，想在某一個(gè)環(huán)節只使用自己專(zhuān)用的系統來(lái)形成對其他業(yè)者的進(jìn)入障礙，已漸漸不可行。而是當有標準化平臺與共通標準時(shí)，物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系的業(yè)者才有機會(huì )掌握更多商機。