關于物聯(lián)網(wǎng)與嵌入式系統(tǒng)的介紹和分析

01 人工智能和邊緣計算

過去的2018年，人工智能（AI）無疑是電子信息行業(yè)最熱門的話題和關注點。數(shù)據(jù)對于人工智能的重要性不言而喻了，因此若要使AI引擎變得更聰明、更強大，需要的是持續(xù)的數(shù)據(jù)流入，AI可以處理和從中學習的數(shù)據(jù)越多，其預測的準確率也會越高，物聯(lián)網(wǎng)（IoT）就是AI非常好的管道和數(shù)據(jù)來源。2019年AI熱還將會繼續(xù)持續(xù)，AI、IoT 將越來越多呈現(xiàn)“一體化”趨勢，“人工智能”逐漸向“應用智能”發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)也將會向“智聯(lián)網(wǎng)”發(fā)展。

人工智能延展到物聯(lián)網(wǎng)，就產(chǎn)生了邊緣計算，凡有實時性、低功耗和安全隱私要求的物聯(lián)網(wǎng)應用，均會有邊緣計算的需求。需要指出的是，邊緣計算設備一般會安裝在系統(tǒng)傳感和執(zhí)行端，多數(shù)邊緣計算設備是嵌入式系統(tǒng)。從物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)角度看，邊緣計算設備是整個物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)一個組成部分，不能單獨存在，需要云計算和人工智能技術的支撐和服務。邊緣計算技術的研究和產(chǎn)品開發(fā)目前處在初期階段，云計算、通信設備和嵌入式企業(yè)非常關注， 物聯(lián)網(wǎng)的高速發(fā)展是邊緣計算興起的最大推手。物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展大致分成兩個時期，第一個時期是從互聯(lián)走向智能，第二個時期從智能走向自治，目前大多數(shù)物聯(lián)網(wǎng)項目還是第一個時期，進入第二個時期，邊緣計算將發(fā)揮重要作用，2019年邊緣計算將迎來快速發(fā)展的一年，人工智能向邊緣和終端側延展，嵌入式人工智能時代將要來到，AI芯片是未來發(fā)展熱點。

02 5G和NB-IoT

進入2019年5G的腳步越來越近，最近新聞里面不斷出現(xiàn)的華為和5G，也讓百姓感覺到5G將要來到。5G不僅能讓沒有電視和光纖電纜的偏遠地區(qū)可以看到高清電視，5G的高帶寬、低延時和高穩(wěn)定的特性，為汽車自動駕駛和高清 AR/VR 的應用真正奠定了基礎，有了5G網(wǎng)絡具有劃時代意義的人工智能應用才可能落地。在過去2018年，移動通信技術發(fā)展的另外一個分支-窄帶物聯(lián)網(wǎng)成為萬物互聯(lián)網(wǎng)絡的一個重要分支。 窄帶物聯(lián)網(wǎng)中的NB-IoT構建于蜂窩網(wǎng)絡， 只消耗大約180KHz的帶寬，正常運行功耗小于20mA， 僅為2G的1/10， 終端模塊的待機時間可長達10年，模組批量的價格降至20元。從2G到4G，移動通信網(wǎng)絡都只是為了連接“ 人” 而生。 但隨著萬物互聯(lián)時代的到來， 5G移動通信網(wǎng)絡需面向連接“ 物” 而演進。華為預測2018年NB-IoT連接數(shù)達到5000萬以上，2019年有望達到2億以上。同時阿里云IoT獲得Semtech國內(nèi)首個LoRa IP授權， 2019年將是窄帶物聯(lián)網(wǎng)市場的上量一年。

03 RISC-V和MCU

RISC-V 開放指令集和開源芯片為ARM一統(tǒng)的處理器架構世界帶來了一縷春風，其傳播的速度非常兇猛，高校拿RISC-V做教學，科技巨頭紛紛宣布支持RISC-V，并且涌現(xiàn)一批初創(chuàng)的科技公司。目前RISC-V 技術還在發(fā)展，各家芯片平臺在開發(fā)和完善之中，應用將會逐步展開和落地。千里之行始于足下，芯片、開發(fā)板、調(diào)試器、軟件、培訓、社區(qū)和圖書，這些都是RISC-V應用不可缺少的生態(tài)環(huán)境。正如中國集成電路老前輩、許居衍院士指出：RISC-V當前最適合用于IoT之類的“看不見的計算”中，現(xiàn)在看來RISC-V要形成生態(tài)，希望很可能在中國?？梢灶A見，物聯(lián)網(wǎng)和嵌入式應用一定是RISC-V最先落地點，2019年將是RISC-V 成長的一年。

根據(jù)IC insight 2018年市場研究，IoT市場發(fā)展迅速，2017-2022年復合增長率接近15%，2018年新增IoT入網(wǎng)設備超過20億，到2022年將達到40億， IoT 設備中的MCU 2018年大約有18億顆，2017-2022年復合年均增長率達到17% ，數(shù)量接近35億顆。32位MCU 正在IoT 設備和應用中發(fā)揮核心的技術作用，比如運算處理、安全、聯(lián)網(wǎng)、感知和控制，以及傳統(tǒng)的電機控制和電源管理都離不開MCU。

展望未來，IoT 和AI 應用對MCU 提出更高的要求：更高的處理能力，更多的安全組件，多種連接能力和更低功耗 ， IoT 應用日益復雜，MCU的操作系統(tǒng)從簡單任務調(diào)度發(fā)展為IoT OS平臺，軟件復雜度大幅增加，平臺級軟件及工具需求旺盛。決勝未來，MCU 生態(tài)建設已經(jīng)成為新的制高點，云計算公司進入MCU和嵌入式系統(tǒng)生態(tài)圈，MCU企業(yè)與算法公司、軟件公司和高校的合作越來越多。

中國有數(shù)十家MCU企業(yè)，有關報道透露，40余家企業(yè)獲得了ARM Cortex-M 內(nèi)核的授權，也就是說這些企業(yè)具備開發(fā)和生產(chǎn)目前市場主流的32位ARM 內(nèi)核的MCU能力 。研究機構IHS2018年研究預估，中國市場前10名的MCU企業(yè)，中穎和兆易已經(jīng)入圍，排名第九和第十。國內(nèi)MCU應用領域多集中在低端的產(chǎn)品中，中高端產(chǎn)品的MCU市場還在外企手里，中穎和兆易2018年MCU 產(chǎn)值也只是前兩名ST 和NXP 的大約十分之一， 上升空間還是非常大，2019年將是國產(chǎn)MCU 快速增長的一年。

04 IoT OS與物聯(lián)網(wǎng)安全

過去的2018年隨著IoT 成為重要風口，眾多國內(nèi)外科技巨頭以及中小企業(yè)都開展了在 IoT 方面的布局，阿里云稱IoT是其第五賽道，以阿里云為支撐，在端側有AliOSThings，在其上阿里有物聯(lián)網(wǎng)市場和一站式開發(fā)平臺，再上面就是包括消費和行業(yè)應用。華為布局AIoT,推出HiLink標準協(xié)議。在端側華為有HuaweiLiteOS，端云結合是通過OceanConnect，它是華為云推出的IoT聯(lián)接管理平臺，行業(yè)應用上，華為重點在NB-IoT的推廣。亞馬遜推出AmazonFreeRTOS，借助嵌入式系統(tǒng)最具影響力的RTOS-FreeRTOS，亞馬遜擴展其在物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中的市場地位，借助AWS IoT云和邊緣計算Greengrass技術，為開發(fā)者提供一站式解決方案。微軟在物聯(lián)網(wǎng)設備端布置AzureSphereOS，可以運行在MCU上，邊緣側微軟有AzureIoTEdge，可以運行在Linix和windows系統(tǒng)，在云端微軟有AuzreIoTstack負責對IoT設備進行安全管理和維護。ARMmbedOS是最早推出的IoT OS，在行業(yè)具有標桿作用，2018年ARM推出Arm Pelion IoT Platform，提供端-端IoT安全解決方案，據(jù)悉Pelion計劃在2019年在中國落地。

IoTOS是一種面向“物”通訊和管理軟件平臺，它的推動力主要來自企業(yè)和大眾。IoT OS有三個重要部分：嵌入式實時操作系統(tǒng)、物聯(lián)網(wǎng)的通訊協(xié)議和物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的安全。目前看IoTOS還需要長時間的市場培養(yǎng)，預計2019年在邊緣計算、物聯(lián)網(wǎng)安全和生態(tài)建設上，IoTOS會有許多新的進展。

長期以來電子產(chǎn)品制造商只是考慮保護他們的設備的安全和它們所產(chǎn)生數(shù)據(jù)的安全，即使是這個要求，設備制造商，特別是消費類電子產(chǎn)品，許多是完不成這個任務。進入物聯(lián)網(wǎng)時代，現(xiàn)在他們被要求幫助保護設備和網(wǎng)絡，甚至不屬于他們自己的客戶的安全性。過去的一年物聯(lián)網(wǎng)安全的形式越發(fā)嚴峻，物聯(lián)網(wǎng)安全需要產(chǎn)業(yè)鏈的通力合作，也就是芯片-云端一體化解決方案，未來的物聯(lián)網(wǎng)還將是信息安全和功能安全的融合體，國外的專家說法是：No Safety Without Security。可喜的是2018年我們看到物聯(lián)網(wǎng)安全產(chǎn)品開發(fā)技術的諸多進展，比如IoT安全芯片，安全架構，風險評估、測試和安全升級（OTA）的技術和工具，2018年NXP、ST、Cypress、Microchip、ARM、杭州中天微（阿里收購）、IAR、風河、HCC和亞馬遜等企業(yè)都有新技術和產(chǎn)品，2019年將是物聯(lián)網(wǎng)安全技術有更多進展的一年，物聯(lián)網(wǎng)安全技術也將逐漸落地關鍵行業(yè)應用，比如工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)。

05 總結

國際國內(nèi)多方面因素，決定了2019年的世界和中國經(jīng)濟頗為嚴峻，但科技的創(chuàng)新與發(fā)展的腳步一點沒有放緩。作為支撐人工智能、物聯(lián)網(wǎng)和5G發(fā)展，作為連接芯片與應用粘結劑的嵌入式技術也將迎來新的機遇。我們已經(jīng)習以為常的性能擴展速度現(xiàn)在已經(jīng)難以為繼。過去，性能每隔18個月翻一番。單一CPU性能提升每年僅有3%、20年才能翻一番。人們已經(jīng)從關注單CPU轉向了多核和異構計算，其中異構指CPU+GPU/DSP/FPGA/ASIC，未來最大的關注點將集中在嵌入式人工智能的AI芯片上。長期以來開源軟件為電子信息產(chǎn)業(yè)做出巨大的貢獻，今天以RISC-V為代表的開放指令集和開源硬件也將深刻影響產(chǎn)業(yè)發(fā)展，未來最大的關注點將是IoT芯片，這些都跟“嵌入式”技術密切相關。