人工智能如何改變邊緣計算的未來

作者：John Koon，特約作家

根據(jù)Statista的數(shù)據(jù)，到 2025 年，隨著物聯(lián)網(wǎng) (IoT) 設(shè)備（例如手機、虛擬助手、筆記本電腦、平板電腦、樓宇傳感器、無人機、安全攝像頭和可穿戴健康傳感器）的數(shù)量將超過 700 億臺，edge - 計算應(yīng)用程序也將增加。根據(jù) Tratica 的數(shù)據(jù)，全球人工智能 (AI) 邊緣設(shè)備的數(shù)量預(yù)計將從 2018 年的 1.614 億臺躍升至 2025 年的 26 億臺。

物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備在零售、醫(yī)療保健、工業(yè)、航空航天、國防、交通運輸、設(shè)施維護、能源、制造、供應(yīng)鏈物流和智慧城市等廣泛領(lǐng)域具有眾多多樣的應(yīng)用。每個物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備都在持續(xù)收集數(shù)據(jù)，需要對其進行快速分析以做出實時決策，尤其是對于自動駕駛汽車、電網(wǎng)、遠程手術(shù)、石油鉆井平臺甚至軍用無人機等應(yīng)用。

物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的邊緣計算與云計算傳統(tǒng)上，云計算是物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備分析和預(yù)測的模型。在中央云計算模型中，數(shù)據(jù)從最終用戶設(shè)備（“邊緣”）發(fā)送到云端進行分析；然后，該決定被傳回設(shè)備執(zhí)行。雖然中央計算模型中的數(shù)據(jù)中心具有巨大的處理和存儲數(shù)據(jù)的能力，但它們的維護成本高且耗電。

邊緣和云端之間的數(shù)據(jù)傳輸不僅成本高昂，而且非常耗時并會導(dǎo)致延遲（滯后時間）。此外，數(shù)據(jù)傳輸所需的能量超過了低能量無線物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備所能支持的能量。當(dāng)收集到的數(shù)據(jù)中只有一小部分可能被證明有用時，將所有數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆浦幸矝]有邏輯、運營或財務(wù)意義。最后，數(shù)據(jù)傳輸可能對數(shù)據(jù)完整性和安全性產(chǎn)生不利影響。

相比之下，通過邊緣計算，在物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備上收集和分析數(shù)據(jù)以進行快速推理（或決策）。稍后，少量有用的數(shù)據(jù)將被移動到云端。邊緣計算提供了幾個優(yōu)勢。由于無需將數(shù)據(jù)從物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備傳輸?shù)街醒朐疲虼水a(chǎn)生的延遲時間、帶寬消耗和成本將很低，并且可以根據(jù)數(shù)據(jù)分析快速做出決策。

此外，即使系統(tǒng)處于離線狀態(tài)，邊緣計算也可以繼續(xù)運行，即時數(shù)據(jù)處理可以更輕松地確定應(yīng)將哪些數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆贫诉M行進一步分析。

開發(fā) AI 邊緣：挑戰(zhàn)雖然將 AI 與邊緣計算相結(jié)合是有意義的，但硬件和 AI 軟件組件面臨著多重挑戰(zhàn)。

第一個挑戰(zhàn)是處理和功耗。人工智能由訓(xùn)練和推理軟件組成。訓(xùn)練教一個模型識別相關(guān)參數(shù)，以便它可以解釋數(shù)據(jù)。推理是模型進行基于學(xué)習(xí)的預(yù)測的時候。

在云計算中，高耗能訓(xùn)練發(fā)生在云端；然后將經(jīng)過訓(xùn)練的軟件部署到邊緣以執(zhí)行相對低能耗的預(yù)測（或推理）任務(wù)。在邊緣計算中，訓(xùn)練向邊緣轉(zhuǎn)移，對邊緣硬件的處理能力提出了更高的要求。對于物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，這種增加的能耗帶來了更大的問題，需要重新平衡處理能力與功率需求。

數(shù)據(jù)存儲和安全提出了第二個挑戰(zhàn)，因為邊緣設(shè)備將保留大部分數(shù)據(jù)并僅將一小部分傳輸?shù)皆贫?。此外，設(shè)備需要存儲學(xué)習(xí)和推理的參數(shù)。第三個挑戰(zhàn)是物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的數(shù)量龐大以及目前缺乏針對它們的安全標準。

因此，科技公司需要開發(fā)具有更高處理能力和更低能耗的硬件以及更有效地執(zhí)行學(xué)習(xí)和推理的軟件。此外，物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用是針對特定場景和行業(yè)的，因此為定制提供強大的生態(tài)系統(tǒng)和開發(fā)人員環(huán)境至關(guān)重要。

開發(fā) AI 邊緣：進展專注于物聯(lián)網(wǎng)邊緣硬件的大大小小的公司包括BrainChip（Akida Neuromorphic System-on-Chip）、CEVA（NeuPro 系列）、Google（Edge TPU）、GreenWave（AI 處理器 GAP8） 、華為（Ascend Chips）、英特爾（Xeon）、英偉達（Jetson TX2）、高通（視覺智能平臺）和意法半導(dǎo)體（STM32微控制器）。

較小的公司傾向于專注于物聯(lián)網(wǎng)邊緣軟件。一些專注于學(xué)習(xí)，如 Ekkono、FogHorn 和 Swim（基于云的 POS），而另一些專注于推理，如 Renesas (e-AI)。許多公司還開發(fā)具有這兩種功能的軟件，例如 Amazon（AWS Greengrass ML 推理模型）、BrainChip（Studio 軟件）、Google（Cloud IoT Edge）、華為（Atlas 平臺）和 IBM（Watson IoT 平臺）。

大型科技公司處于構(gòu)建生態(tài)系統(tǒng)的最佳位置，以使開發(fā)人員能夠創(chuàng)建特定于行業(yè)和場景的解決方案。這些公司包括谷歌（人工智能平臺）、華為（MindSpore）、IBM（沃森）、英特爾（人工智能開發(fā)者計劃）和微軟（Azure）以及企業(yè)物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建模塊，如物聯(lián)網(wǎng)中心、Azure Databricks、ML Studio 和 Power BI） .

但是，也有一些較小的公司正在創(chuàng)建生態(tài)系統(tǒng)，例如BrainChip 的 Akida 開發(fā)環(huán)境。此外，OpenFog Consortium 等貿(mào)易組織和 Living Edge Lab、ETSI 多接入邊緣計算和 EdgeX Foundry 等開源項目也在為生態(tài)系統(tǒng)做出貢獻。此外，包括高通、微軟和英特爾在內(nèi)的領(lǐng)先企業(yè)在行業(yè)內(nèi)也有很多合作，它們正在與各個領(lǐng)域的合作伙伴進行合作。

結(jié)論借助專門的硬件、軟件和開發(fā)人員環(huán)境，邊緣計算可能會提高操作可靠性、實現(xiàn)實時預(yù)測并提高數(shù)據(jù)安全性。5G 承諾降低延遲并增強覆蓋和響應(yīng)能力，而量子計算加速計算，可能會進一步提高邊緣計算的效率。

然而，跨邊緣設(shè)備網(wǎng)絡(luò)有效分配處理需求將是一個挑戰(zhàn)。此外，任務(wù)的有效調(diào)度對于避免系統(tǒng)故障和優(yōu)化機器學(xué)習(xí)將變得至關(guān)重要。隨著時間的推移，預(yù)計會出現(xiàn)更強大、功耗要求更低的處理芯片，屆時基于人工智能的邊緣計算將真正大放異彩。

審核編輯 黃昊宇