邊緣創(chuàng )新：立足當下，放眼未來(lái)

您知道嗎，全球數據傳輸網(wǎng)絡(luò )耗電量高達數百太瓦時(shí)（TWH），占全球總用電量的1-2%。移動(dòng)數據傳輸需求不斷飆升，全球各地數據傳輸網(wǎng)絡(luò )所消耗的能源也隨之增加。因此，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )的性能需要優(yōu)化，吞吐量要求也需要降低。

我們往往會(huì )忽略與數據傳輸到集中（云端）位置相關(guān)的“隱藏”成本及數據存儲成本。為了降低能耗，我們可以考慮在本地處理數據，而不是通過(guò)云網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行數據存儲和/或通信。這樣就可以在不同的物理位置處理數據，無(wú)論是邊緣（傳感器）、云端，還是中間的各個(gè)位置?；颈镜財祿g、之外，還將進(jìn)行多個(gè)過(guò)程吸收來(lái)自物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)、本地數據中心、小區站點(diǎn)等來(lái)源的數據。

圖1：2018-2028年全球月移動(dòng)數據流量（信息來(lái)源） 

圖1展示了數據傳輸（消耗的電力占全球總耗電量的1-2%）在未來(lái)幾年的上升。這意味著(zhù)，除非用電量大幅降低，通信和計算將占據全球用電量的更大份額。這就為增加數據本地化處理提供了動(dòng)力。將數據處理分散到其他地點(diǎn)，可以?xún)?yōu)化能源的總體使用——更多的系統采用“邊緣處理”模式。邊緣處理可帶來(lái)更多的好處，如增強隱私和數據保護，但如何才能實(shí)現呢？

應對邊緣處理挑戰

節約能源還有更多意義。邊緣處理是正確的方向，但仍然需要從眾多部署方案中做出選擇。應用映射愈發(fā)復雜，卻也帶來(lái)了更多的樂(lè )趣。幾十年前，嵌入式微控制器和處理器都由帶有相應I/O的單一CPU構成。在這種環(huán)境下，算法在哪里運行一目了然：它們都在同一個(gè)CPU上執行。如今情況已大不相同：現代化嵌入式處理器（如恩智浦i.MX產(chǎn)品系列）既有CPU，也有圖形處理單元（GPU）、神經(jīng)處理單元（NPU）、信號處理單元（DSP）及各種硬件加速器。將應用映射到可用的芯片上成為了有趣的挑戰。是想在CPU、GPU、NPU、DSP上運行算法還是想在加速器上運行算法？請注意系統的軟件復雜性是如何增加的。 

能耗優(yōu)化是設計和制造邊緣處理器件時(shí)需要考慮的另一個(gè)方面。這就需要平衡動(dòng)態(tài)能耗。動(dòng)態(tài)能耗會(huì )受到多種因素的影響，例如CPU頻率、工作負載、其他加速器的使用情況、外部存儲器的數據流量、系統組件的使用狀態(tài)（如顯示器和背光）、Wi-Fi等連接方式以及環(huán)境溫度等。靜態(tài)能耗是指芯片中通電而不受門(mén)控控制的部分，也就是處理單元執行的操作。 

探索如何在SoC設計中進(jìn)一步降低能耗至關(guān)重要。在邊緣降低能耗意味著(zhù)需要優(yōu)化在邊緣使用的芯片的能耗。該圖展示了隨著(zhù)時(shí)間的推移，為降低能耗在芯片和系統方面開(kāi)發(fā)的各種機制。 

圖2：SoC設計中降低能耗的機會(huì )，從晶體管到系統層面 

增強能耗測量和能耗優(yōu)化工作流程

在實(shí)踐中，優(yōu)化能耗是打造卓越系統和芯片設計工作流程的重要一環(huán)。恩智浦除了高能效i.MX 7ULP和i.MX 8ULP等獨特SoC外，還在使用場(chǎng)景中優(yōu)化芯片的不同電源模式。我們的能效應用筆記詳細介紹了各種能效方法，這些方法可以通過(guò)我們的BSP SW（廣泛的支持包軟件）來(lái)實(shí)現，應用筆記還可向客戶(hù)提供有用的部署指導。此外，我們重點(diǎn)關(guān)注如何通過(guò)共同設計PMIC在系統級別盡可能簡(jiǎn)化設備的整體電源管理。我們還采用低能耗DRAM（LP4、LP4X、LP5），降低系統級能耗（較低的工作電壓和待機時(shí)自刷新模式等）。 

將超低能耗處理和高級集成安全帶到智能邊緣?？闪私?a class="contentlabel" href="http://dyxdggzs.com/news/listbylabel/label/恩智浦">恩智浦安全可擴展的i.MX 8ULP應用處理器。

 部署和生命周期中的節能策略

人們非常關(guān)注設備和系統的優(yōu)化，包括設備架構、設計、制造和系統開(kāi)發(fā)，以及產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)。但目前許多產(chǎn)品在市場(chǎng)上的使用壽命比較短。消費者每隔幾年就要進(jìn)行一次升級，使用新的硬件。這造成了浪費，但也是改進(jìn)的機會(huì )。 

除了使用硬件設備外，消費者還可以利用設備日益增強的軟件能力來(lái)最大限度地延長(cháng)其使用壽命。隨著(zhù)時(shí)間的推移，升級軟件可以提供更多功能，從而延長(cháng)產(chǎn)品的使用壽命。要支持這一概念，就需要滿(mǎn)足安全要求的龐大生態(tài)系統，設備只需加載必要軟件。恩智浦在這方面也進(jìn)行了大量的開(kāi)發(fā)工作。 

開(kāi)發(fā)邊緣機器學(xué)習（ML）應用需要保證安全性和高能效。下載閱讀恩智浦電子書(shū)《邊緣計算精要》，了解詳情。 

現代數據中心中的服務(wù)器機架 

更進(jìn)一步——未來(lái)的展望

本博文從芯片行業(yè)的角度探討了可持續發(fā)展的幾個(gè)方面。首先，文章介紹了邊緣和云之間通信網(wǎng)絡(luò )的優(yōu)化。其次，描述了SoC芯片的工作負載優(yōu)化及相關(guān)系統設計。最后，還簡(jiǎn)要地討論了生命周期管理，這是延長(cháng)設備市場(chǎng)使用壽命的必要條件。 

恩智浦半導體致力于打造更環(huán)保的世界，文中列舉了其在多個(gè)方面開(kāi)展的工作。然而，要實(shí)現這一目標，需要跨行業(yè)的合作。在半導體界，大多數工程工作仍然專(zhuān)注于短期性能優(yōu)化目標，卻沒(méi)有明確針對能耗或長(cháng)期可持續性進(jìn)行優(yōu)化。要扭轉這種局面，必須改變思維方式。 

作者：

Wim Rouwet

恩智浦半導體杰出技術(shù)人員

Wim Rouwet是恩智浦半導體公司的一位杰出技術(shù)人員。Wim專(zhuān)注于3GPP LTE和5G以及802.11處理協(xié)議棧及其應用方案，負責與多個(gè)無(wú)線(xiàn)基礎設施項目有關(guān)的4G和5G協(xié)議棧開(kāi)發(fā)、小基站以及CRAN應用方案。