這些行業(yè)趨勢的變革正在重新塑造嵌入式設(shè)計

嵌入式技術(shù)正在發(fā)展——性能更快、更緊湊、成本更低。一臺帶有圖形處理單元 (GPU) 的超級計算機可以一只手拿著，而且只需不到 100 美元即可購買。它可用于進(jìn)行人工智能 (AI) 開發(fā)和機器學(xué)習(xí)。自動駕駛汽車控制車輛所需的 AI 模塊現(xiàn)在可以安裝在汽車中。讓我們看看前五個趨勢。

無線連接正在爆炸式增長

根據(jù) Grand View Research的數(shù)據(jù)，到 2025 年，物聯(lián)網(wǎng)市場預(yù)計將達(dá)到 1 萬億美元。這代表著大量的連接，這將改善我們生活的許多領(lǐng)域，包括制造、零售、能源、智慧城市、健康護(hù)理、交通等。制造業(yè)的工業(yè) 4.0 計劃可能是第一個從中受益的。通過物聯(lián)網(wǎng)連接實現(xiàn)的預(yù)防性維護(hù)、實時數(shù)據(jù)監(jiān)控和報告，智能工廠將以更少的資源生產(chǎn)更多產(chǎn)品。

5G時代將傳輸速度推至20Gbps；6G 有望更快。隨著低功耗廣域網(wǎng) (LPWAN) 以及 NimbeLink、Sequans、MultiTech 、 Elektronik、Digi 和 Telit等供應(yīng)商的芯片和設(shè)備的出現(xiàn)，無線連接的爆炸式增長將繼續(xù)加速。物聯(lián)網(wǎng)將無處不在。

速度就是一切

多核處理器性能更好，因為它們可以將單個內(nèi)核專用于執(zhí)行獨特的計算任務(wù)，例如圖形處理。幾乎每個人都熟悉 8 核或 16 核處理器。不過，最近，英特爾和 AMD 一直在推動 128 核處理器。IP 公司 Arm 已將基于 5 納米節(jié)點的192 核處理器的開發(fā)列入其路線圖，并決心超越其他所有人。難怪 GPU 領(lǐng)導(dǎo)者英偉達(dá)目前正在尋求以 400 億美元的價格收購 Arm。

每個人都在追逐 5G 互聯(lián)網(wǎng)的超高速（目前被證明能夠達(dá)到 10 Gbps 的下行速度，而 4G LTE 的下行速度為 0.5 Gbps）。處理器、互聯(lián)網(wǎng)和系統(tǒng)不僅會變得更快，而且會變得超快。

另外，量子計算的使命是為科學(xué)研究和機器學(xué)習(xí)提供非常快速的計算能力。量子計算可以在幾秒鐘內(nèi)解決問題，而不是傳統(tǒng)計算機需要幾天才能解決類似問題。量子計算的方法不是使用比特來表示 0 或 1 的狀態(tài)，而是使用量子比特或量子比特來同時表示 0 和 1。

雖然量子計算速度很快，但測量量子位是一項挑戰(zhàn)。然而，芬蘭阿爾托大學(xué)的一個團(tuán)隊最近能夠僅使用非常少量的能量來測量量子比特，這可能會推動該技術(shù)向前發(fā)展。

控制量子比特將要走的路線是另一個挑戰(zhàn)。但美國麻省理工學(xué)院(MIT) 和紐約城市大學(xué)的研究人員報告了量子發(fā)射器在氮化鋁基光子 IC 平臺中的生成和直接集成。

毫無疑問，量子計算將在提高計算速度方面發(fā)揮作用，但量子計算的普及還需要幾年的時間。

網(wǎng)絡(luò)攻擊變得越來越頻繁和危險

網(wǎng)絡(luò)攻擊一直呈上升趨勢，雖然此類攻擊一直具有破壞性，但它們正變得越來越危險。例如，隨著大流行在春季蔓延，世界衛(wèi)生組織警告說，與一年前相比，對該組織的網(wǎng)絡(luò)攻擊增加了五倍。對烏克蘭電網(wǎng)的臭名昭著的襲擊導(dǎo)致 200,000 名客戶斷電，對日常生活造成重大干擾——而且這不是一個孤立的事件。

有許多不同類型的惡意軟件。在勒索軟件攻擊中，黑客強占系統(tǒng)并要求受害者支付贖金，以將控制權(quán)交還給合法所有者。勒索軟件黑客變得越來越老練和貪婪。他們襲擊了企業(yè)、政府設(shè)施，甚至醫(yī)院。

此前，德國一名患者的死亡與網(wǎng)絡(luò)攻擊直接相關(guān)。她需要緊急醫(yī)療護(hù)理，但她被緊急送往醫(yī)院的杜塞爾多夫醫(yī)院遭到勒索軟件攻擊，該醫(yī)院無法提供挽救她生命所需的服務(wù)。病人被轉(zhuǎn)送到 20 英里外的醫(yī)院，但為時已晚。這是此類悲劇的第一次報道，但可能不是最后一次。

隨著更多連接的建立和更高的 5G 速度，此類攻擊可能會變得更加頻繁。為了應(yīng)對它們，組織正在加緊網(wǎng)絡(luò)安全工作。預(yù)計到 2025 年，網(wǎng)絡(luò)安全收入將達(dá)到 2540 億美元。嵌入式安全軟件和硬件呈指數(shù)級增長。新的硬件設(shè)計越來越多地內(nèi)置了來自英飛凌、Microchip、意法半導(dǎo)體、美光、華邦等公司的安全芯片。

網(wǎng)絡(luò)攻擊與反擊之間的競爭將升溫。

虛擬現(xiàn)實正在成為現(xiàn)實

Since the early development of 3D virtual reality for gaming, VR and its offshoots have evolved into a serious, and seriously profitable, business. The initial VR concept has evolved to include augmented reality (AR), mixed or merged reality (MR), and extended Reality (XR), expanding the technology into a range of industrial and commercial applications.

AR 非常適合訓(xùn)練。用戶佩戴透明護(hù)目鏡，信息疊加在屏幕上。例如，該信息可以是執(zhí)行設(shè)備維修程序的說明。MR 通過允許用戶查看真實情況和其他可能的場景，混合真實和創(chuàng)建的圖像，進(jìn)一步推進(jìn)了這一步驟。最后，XR 是終極應(yīng)用程序，可以投射出看起來像真實物理事物的全息圖像。例如，XR 將為遠(yuǎn)程會議提供新的維度；與傳統(tǒng)的視頻會議不同，使用 XR 時，人的圖像會出現(xiàn)在用戶面前，就好像正在舉行面對面的會議一樣。

可以提高生產(chǎn)力的 VR 應(yīng)用范圍廣泛，包括醫(yī)藥、制造、培訓(xùn)和娛樂。例如，一名實習(xí)醫(yī)生需要許多實踐經(jīng)驗，如果不難找到，設(shè)置成本可能很高。借助 VR，可以為醫(yī)療實習(xí)生設(shè)置模擬進(jìn)行練習(xí)，而不會對真實患者犯下嚴(yán)重錯誤的風(fēng)險。

投資 VR 的一級組織包括微軟、谷歌和英特爾等。市場觀察人士預(yù)計，未來幾個月將出現(xiàn)新的 VR 創(chuàng)新和機會。例如，隨著大流行的蔓延，類似于全息的虛擬會議可能是與同事面對面（真實）面對面會面的下一個最佳選擇。

人工智能將出現(xiàn)在每個嵌入式設(shè)計中

人工智能及其實際應(yīng)用機器學(xué)習(xí)正在獲得動力，預(yù)計隨著時間的推移，更多的嵌入式設(shè)計將包含這些概念。今天的人工智能幾乎用于您能想到的任何領(lǐng)域，包括零售、醫(yī)療保健、自動駕駛、電子商務(wù)、制造、供應(yīng)鏈、工業(yè)控制、娛樂、銀行等等。

例如，基于人工智能的系統(tǒng)可以配備攝像機，以確保工人在操作過程中穿戴適當(dāng)?shù)姆雷o(hù)裝備。如今，配備物聯(lián)網(wǎng)和人工智能的智能工廠可以通過實時監(jiān)控操作并讓人工智能做出避免操作錯誤的決策來提高生產(chǎn)力。從長遠(yuǎn)來看，人工智能可以做得更多。在對未來工廠的一個愿景中，該工廠將使用人工智能和機器人技術(shù)在飛行中進(jìn)行自我改造，以生產(chǎn)不同的產(chǎn)品。例如，一條為生產(chǎn)醫(yī)療設(shè)備而設(shè)置的裝配線可能會在第二天生產(chǎn)可穿戴智能手表。

人工智能還可以使銀行業(yè)務(wù)和其他交易更加安全。Flowchain是一家位于臺灣的基于開源的區(qū)塊鏈組織，它提出了一種結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)、人工智能和區(qū)塊鏈技術(shù)的方法，以創(chuàng)建一種更安全的數(shù)據(jù)挖掘方法。區(qū)塊鏈?zhǔn)且环N相對較新的電子賬本解決方案，以確保安全。當(dāng)交易待處理時，所有利益相關(guān)者都會收到通知，并且必須在允許交易發(fā)生之前達(dá)成一致。

人工智能領(lǐng)域的合作伙伴包括英偉達(dá)和 VMware 之間的合作，VMware 是一家?guī)椭I(yè)部門連接到多云的軟件公司。合作伙伴打算為人工智能提供一個端到端的企業(yè)平臺。英特爾已與海德堡大學(xué)計算中心結(jié)盟，以趕上事實上的領(lǐng)導(dǎo)者英偉達(dá)。

與此同時，更多的人工智能硬件正在以更實惠的價格出現(xiàn)。英偉達(dá)最近宣布了一個重新包裝的 GPU 模塊，標(biāo)價 59 美元，打算向公眾提供。緊湊的模塊提供了許多I/O端口，包括USB、HDMI和千兆以太網(wǎng)，并支持基于該模塊的開源項目。

AI初創(chuàng)公司Hailo最近推出了基于自家Hailo-8芯片的AI加速模塊，與谷歌和英特爾展開競爭。

人工智能的用途僅限于一個人的想象力。隨著人工智能硬件價格的下降，嵌入式設(shè)計有望增加人工智能功能。

展望未來

大流行迫使我們以不同的方式看待一切。一些行業(yè)已經(jīng)發(fā)生了翻天覆地的變化，可能會永遠(yuǎn)改變。旅游和娛樂行業(yè)的企業(yè)一直在努力重塑自我，有些企業(yè)被迫永久關(guān)閉。但是，遠(yuǎn)程醫(yī)療蓬勃發(fā)展，部分原因是新的醫(yī)療設(shè)備可以在線連接醫(yī)生和患者。現(xiàn)在可以在家中測量更多生命體征，并將數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程提供給醫(yī)生。

嵌入式技術(shù)將繼續(xù)增長，即使大流行可能改變了這種擴展的路徑。展望未來，預(yù)計無線連接將出現(xiàn)更爆炸性的增長、更快的嵌入式處理和計算、更多的網(wǎng)絡(luò)攻擊和反擊解決方案、更復(fù)雜的虛擬現(xiàn)實以及每個嵌入式設(shè)計中的人工智能。