讓邊緣AI實(shí)現(xiàn)性能和功耗的平衡，英飛凌新一代PSOC? Edge MCU如何做到？

電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/吳子鵬）傳統(tǒng)AI的使用場(chǎng)景有一定局限性，難以面對(duì)實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景的多樣化，基于云端算力的AI大模型對(duì)特定場(chǎng)景的適配性較差，因而算力下沉、數(shù)據(jù)下沉的邊緣AI蓬勃發(fā)展，成為AI落地的重要途徑之一。

根據(jù)邊緣計(jì)算產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟的定義，邊緣AI是指在靠近物或數(shù)據(jù)源頭的網(wǎng)絡(luò)邊緣側(cè)，融合網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算、存儲(chǔ)、應(yīng)用核心能力的開(kāi)放平臺(tái)，就近提供邊緣智能服務(wù)，滿足行業(yè)數(shù)字化在敏捷連接、實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)、數(shù)據(jù)優(yōu)化、應(yīng)用智能、安全與隱私保護(hù)等方面的關(guān)鍵需求。邊緣AI打破了云AI在數(shù)據(jù)傳輸、即時(shí)性及安全/隱私等方面的限制，不過(guò)也對(duì)邊緣核心MCU有著更高的要求。

為了幫助用戶更好地實(shí)現(xiàn)邊緣AI方案，近日英飛凌發(fā)布全新PSOC?Edge微控制器（MCU）系列，專(zhuān)門(mén)針對(duì)邊緣端的機(jī)器學(xué)習(xí)（ML）進(jìn)行了優(yōu)化，目標(biāo)應(yīng)用包括家電和工業(yè)設(shè)備中的人機(jī)界面（HMI）、智能家居和安全系統(tǒng)、機(jī)器人和可穿戴設(shè)備。

讓邊緣AI方案實(shí)現(xiàn)性能和功耗的平衡

據(jù)介紹，新推出的PSOC Edge MCU產(chǎn)品里率先進(jìn)入市場(chǎng)的是E81、E83 和 E84三大系列，PSOC?Edge E8x系列MCU基于高性能的Arm Cortex-M55內(nèi)核，支持Arm Helium DSP指令集并搭配Arm Ethos-U55神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理器，以及Cortex-M33內(nèi)核搭配英飛凌超低功耗NNLite（一種用于加速神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的專(zhuān)有硬件加速器）。

英飛凌物聯(lián)網(wǎng)、計(jì)算及無(wú)線事業(yè)線執(zhí)行副總裁Sam Geha表示：“針對(duì)我們的目標(biāo)應(yīng)用，在Arm公司系列化的內(nèi)核產(chǎn)品中，最適合我們的就是Arm Cortex-M55內(nèi)核和Arm Cortex-M33內(nèi)核，并不是所有的邊緣AI程序運(yùn)行都需要強(qiáng)大的Arm Cortex-M85內(nèi)核，下一代邊緣AI的訴求是如何在不提升功耗的情況下提升性能?！?br />
對(duì)于邊緣AI而言，高能效比是非常重要的一項(xiàng)指標(biāo)，超高性能和強(qiáng)大算力固然是好，不過(guò)一旦功耗過(guò)高就會(huì)限制很多邊緣AI方案的打造和部署。更為重要的是，邊緣AI的應(yīng)用場(chǎng)景遠(yuǎn)比云AI要復(fù)雜得多，根據(jù)MarketsandMarkets的研報(bào)數(shù)據(jù)，全球邊緣AI設(shè)備數(shù)量將從2021年的9.2億臺(tái)增長(zhǎng)到2026年的20.8億臺(tái)，這期間的年復(fù)合增長(zhǎng)率高達(dá)17.1%。為應(yīng)對(duì)爆發(fā)式增長(zhǎng)的邊緣AI需求，如果不能平衡性能和功耗，將會(huì)讓一款MCU在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中受到很大的限制。

在性能和功耗之外，用戶選擇一款MCU也需要考慮成本。為了提升產(chǎn)品的性價(jià)比，PSOC?Edge E8x系列MCU不僅帶了性能和功耗的平衡，也具有顯著的高度集成優(yōu)勢(shì)。PSOC?Edge E81、E83和E84 MCU均支持豐富的外設(shè)集、片上存儲(chǔ)器、強(qiáng)大的硬件安全功能和各種連接外設(shè)選項(xiàng)，包括內(nèi)置PHY的USB HS/FS、CAN總線、以太網(wǎng)，支持與WiFi 6、BT/BLE的連接和Matter協(xié)議等。豐富的片上資源和外設(shè)接口，能夠讓用戶在打造邊緣AI方案時(shí)具有更高的靈活度。

PSOC?Edge系列MCU提供多種數(shù)據(jù)加速功能

由于應(yīng)用在邊緣AI場(chǎng)景下，因此數(shù)據(jù)處理能力成為衡量一款MCU是否具有競(jìng)爭(zhēng)力的重要參考。

Sam Geha在產(chǎn)品介紹時(shí)提到，PSOC?Edge系列MCU提供多種數(shù)據(jù)處理和加速的功能單元，包括Arm Helium DSP、Arm Ethos-U55神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理器和英飛凌超低功耗NNLite，豐富的加速器配置讓用戶在開(kāi)發(fā)邊緣AI應(yīng)用時(shí)可以靈活地選擇。

具體來(lái)看，PSOC?Edge E81采用Arm Helium DSP技術(shù)和英飛凌NNLite神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（NN）加速器。PSOC?Edge E83和E84內(nèi)置Arm Ethos -U55微型NPU處理器，與現(xiàn)有的Cortex-M系統(tǒng)相比，其機(jī)器學(xué)習(xí)性能提升了480倍，并且它們支持英飛凌NNlite神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)?！癆rm Ethos -U55微型NPU處理器的性能會(huì)更強(qiáng)，英飛凌NNLite神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（NN）加速器的功耗則更低，這就是我們的差異化創(chuàng)新設(shè)計(jì)。面向神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、機(jī)器學(xué)習(xí)、HMI和無(wú)線等邊緣AI場(chǎng)景，我們不僅提供加速器的差異化選擇，也在關(guān)注不同的應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)存儲(chǔ)資源的需求也有一定的差異?！盨am Geha說(shuō)。

在具體的功能上，PSOC?Edge E81、E83和E84系列均支持通過(guò)語(yǔ)音/音頻感應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)激活和控制，其中E83和E84 MCU為先進(jìn)HMI的實(shí)現(xiàn)提供了增強(qiáng)功能，包括機(jī)器學(xué)習(xí)喚醒、視覺(jué)位置檢測(cè)和人臉/物體識(shí)別。PSOC?Edge E84系列還在豐富的功能集基礎(chǔ)上增加了低功耗圖形顯示（最高支持1028x768）。

在語(yǔ)音喚醒方面，“always-on”理念是非常重要的，能夠讓設(shè)備提供更加及時(shí)的響應(yīng)，為用戶帶來(lái)更好的使用體驗(yàn)。不過(guò)，“always-on”方案往往對(duì)MCU的功耗有著更高的要求。Sam Geha指出，PSOC?Edge系列MCU不僅提供功耗更低的加速器，“在低功耗方面，我們做了很多考慮。在我們的芯片里面，專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)了一個(gè)“always-on”的電源域，當(dāng)中有很多低功耗場(chǎng)景可以使用的外設(shè)，包括超低功耗下可編程的模擬子系統(tǒng)，其中有很多低功耗的模擬外設(shè)能在系統(tǒng)進(jìn)入待機(jī)模式時(shí)仍然工作；部分串口也可以在低功耗模式下繼續(xù)工作。這也是PSOC?Edge系列MCU跟應(yīng)用處理器（MPU）之間最大的區(qū)別之一?！?br />
為了方便用戶更好地使用PSOC?Edge系列MCU，英飛凌提供了豐富的開(kāi)源配套資源。相關(guān)硬件設(shè)計(jì)支持包括帶有Arduino擴(kuò)展接口的評(píng)估基板、傳感器套件、用于配置的BLE連接以及用于智能手機(jī)和云連接的Wi-Fi。與所有英飛凌MCU一樣，該系列產(chǎn)品由英飛凌的ModusToolbox軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)提供支持。該平臺(tái)提供一系列開(kāi)發(fā)工具、庫(kù)和嵌入式運(yùn)行環(huán)境，可帶來(lái)靈活而全面的開(kāi)發(fā)體驗(yàn)。ModusToolbox支持廣泛的應(yīng)用案例，涵蓋消費(fèi)類(lèi)物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)、智能家居和可穿戴設(shè)備。

Sam Geha表示，Imagimob Studio是一個(gè)邊緣AI開(kāi)發(fā)平臺(tái)，現(xiàn)在已經(jīng)被集成到ModusToolbox中，可提供從數(shù)據(jù)輸入到模型部署的端到端機(jī)器學(xué)習(xí)開(kāi)發(fā)能力，包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、模型選擇、模型訓(xùn)練，以及最終將方案部署在MCU上的整套流程。Imagimob Studio上提供一些已經(jīng)訓(xùn)練好的模型，用戶也可以在Imagimob Studio上訓(xùn)練自己的模型，入門(mén)項(xiàng)目和Imagimob的就緒模型讓用戶能夠輕松上手。配合PSOC?Edge使用時(shí)，Imagimob能夠?yàn)檫吘壙焖贅?gòu)建和部署最新的機(jī)器學(xué)習(xí)模型。

結(jié)語(yǔ)

邊緣AI大爆發(fā)讓終端場(chǎng)景對(duì)MCU的需求有了明顯的變化，數(shù)據(jù)處理和算法承載是相關(guān)MCU需要提供的重要能力。不過(guò)，和云AI場(chǎng)景不同，邊緣AI不能一味地追求高算力，需要注意性能、功耗和成本的平衡，通過(guò)上述介紹不難看出，英飛凌PSOC?Edge系列MCU很好地滿足了這些要求。就像Sam Geha所說(shuō)，未來(lái)低功耗將持續(xù)會(huì)是英飛凌PSOC?Edge系列MCU產(chǎn)品迭代中的差異化競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。