邊緣計(jì)算是什么，和云計(jì)算有什么不同

當(dāng)提及在線存儲(chǔ)或數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，你一定會(huì)聯(lián)想到“云計(jì)算”這個(gè)詞。然而“邊緣計(jì)算”卻顯有人知，它究竟是什么呢？英飛凌可為各種應(yīng)用中的邊緣設(shè)備提供傳感器和執(zhí)行器。

何為邊緣計(jì)算？

在計(jì)算中，“邊緣”指技術(shù)信息網(wǎng)絡(luò)的外部邊緣，這里是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的虛擬世界與現(xiàn)實(shí)世界交匯的地方。在大多數(shù)情況下，“邊緣”一詞意味著所使用的網(wǎng)絡(luò)為互聯(lián)網(wǎng)。

邊緣計(jì)算與云計(jì)算之間的聯(lián)系

“邊緣計(jì)算”與“云計(jì)算”有著密不可分的聯(lián)系?！霸啤泵枋龅氖峭ㄟ^互聯(lián)網(wǎng)分散在全球各地的所有中央計(jì)算單元。這些計(jì)算單元（也稱之為“服務(wù)器”）不直接與現(xiàn)實(shí)世界交互，而是通過網(wǎng)絡(luò)彼此相連，同時(shí)還與邊緣的設(shè)備（也稱之為“邊緣設(shè)備”）相連。

服務(wù)器有序地分布在計(jì)算機(jī)場(chǎng)中，服務(wù)器與邊緣設(shè)備之間通常沒有任何固定的分配。計(jì)算能力是由無名的服務(wù)器組成的朦朧云朵提供的，這就是所謂的“云計(jì)算”。然而，數(shù)據(jù)處理也可以在邊緣設(shè)備中進(jìn)行，這又被稱為“邊緣計(jì)算”。

“邊緣”和“云”之間的過渡呈流動(dòng)狀態(tài)。也可在邊緣附近獲取額外的計(jì)算能力，而無需與傳感器或執(zhí)行器直接相連。這種類型的數(shù)據(jù)處理通常也被稱為“霧計(jì)算”。

邊緣設(shè)備可以使用哪些傳感器和執(zhí)行器？

針對(duì)不同應(yīng)用，邊緣設(shè)備可以配備各種不同的傳感器和執(zhí)行器：

麥克風(fēng)，用于識(shí)別字詞和語音，及定位并識(shí)別揚(yáng)聲器和聲音。前往產(chǎn)品頁面：MEMS麥克風(fēng)

光學(xué)攝像頭，用于定位并識(shí)別人和物體

雷達(dá)，用于捕獲距離和速度，進(jìn)行物體和手勢(shì)分類。前往產(chǎn)品頁面：雷達(dá)傳感器

飛行時(shí)間，用于物體的3D捕獲和人的驗(yàn)證。前往產(chǎn)品頁面：ToF（飛行時(shí)間）

照明和接近傳感器

霍爾傳感器，用于捕獲磁場(chǎng)和電流

運(yùn)動(dòng)傳感器，用于捕獲加速度、速度和位置

氣壓傳感器，用于天氣預(yù)報(bào)、海拔測(cè)量。前往產(chǎn)品頁面：壓力傳感器

物理/化學(xué)傳感器，用于確定液體和氣體的組成成分

邊緣計(jì)算的工作原理

傳感器和執(zhí)行器都位于“邊緣”。傳感器負(fù)責(zé)收集現(xiàn)實(shí)世界的信息，而執(zhí)行器負(fù)責(zé)操縱。模擬測(cè)量數(shù)據(jù)在邊緣處被轉(zhuǎn)換成數(shù)字參數(shù)，數(shù)控變量再被轉(zhuǎn)換成模擬輸出信號(hào)。

邊緣計(jì)算意味著，捕獲的數(shù)據(jù)不是先被發(fā)送給服務(wù)器進(jìn)行集中處理，而是當(dāng)場(chǎng)進(jìn)行處理。例如，微處理器可直接通過測(cè)量數(shù)據(jù)推斷出要執(zhí)行的動(dòng)作，然后激活執(zhí)行器。

執(zhí)行器的示例

溫度傳感器記錄室溫，然后根據(jù)控制算法和所需的溫度，決定打開或關(guān)閉供暖系統(tǒng)。

角度或距離傳感器記錄位置，并在需要時(shí)啟動(dòng)電機(jī)。

何為“嵌入式系統(tǒng)”？

“嵌入式系統(tǒng)”通常是由傳感器、執(zhí)行器、模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器及處理器組成的集成系統(tǒng)。作為一種邊緣設(shè)備，嵌入式系統(tǒng)還具有連接云端的通信或網(wǎng)絡(luò)接口。它被用于將捕獲的或本地預(yù)處理的數(shù)據(jù)發(fā)送至中央服務(wù)器，或用于接收命令和組態(tài)數(shù)據(jù)。

通過人工智能（AI）實(shí)現(xiàn)的新應(yīng)用

隨著人工智能（ AI）和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用日益廣泛，“邊緣計(jì)算”這個(gè)詞在過去幾年里已經(jīng)穩(wěn)固了自己的地位。

得益于云端具備廣泛的數(shù)據(jù)計(jì)算能力，人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)領(lǐng)域取得了巨大進(jìn)步。云端如今具備的幾乎無限度的數(shù)據(jù)處理能力，可以用于發(fā)展出更加綜合性的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，以解決富于挑戰(zhàn)性的任務(wù)。機(jī)器教學(xué)算法在許多領(lǐng)域都取得了突破。這些領(lǐng)域包括：

·???????? 自然語言的識(shí)別和處理

·???????? 文本識(shí)別和文本生成

·???????? 利用成像傳感器對(duì)目標(biāo)進(jìn)行分類和跟蹤

·???????? 通過大數(shù)據(jù)記錄識(shí)別模式并預(yù)測(cè)趨勢(shì)

·???????? 基于生物特征的個(gè)人身份驗(yàn)證

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)由若干層人工神經(jīng)元組成。這些神經(jīng)元通過突觸相互連接。它們被分成輸入層、隱藏層和輸出層。人工神經(jīng)元通常以非常抽象的方式表現(xiàn)生物神經(jīng)元的行為。如果突觸上的加權(quán)興奮和累計(jì)興奮超出一定的閾值，神經(jīng)元就會(huì)向下一層神經(jīng)元發(fā)出興奮。當(dāng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)經(jīng)過訓(xùn)練后，突觸權(quán)值即可通過大量的訓(xùn)練數(shù)據(jù)及學(xué)習(xí)算法被逐步確定。

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以有數(shù)百萬個(gè)神經(jīng)元和數(shù)十億個(gè)突觸。即使是用高性能服務(wù)器，針對(duì)特定任務(wù)而進(jìn)行的訓(xùn)練也非常耗時(shí)，可能需要幾天甚至幾周時(shí)間。乍聽起來，只通過云來實(shí)現(xiàn)人工智能（AI）似乎是顯而易見的事。

然而，就單純的執(zhí)行或推理而言，經(jīng)過訓(xùn)練的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)需要的計(jì)算能力遠(yuǎn)小于訓(xùn)練本身。這一事實(shí)，加上現(xiàn)代的硬件友好型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和工具能將這些網(wǎng)絡(luò)高效復(fù)制到嵌入式系統(tǒng)上，意味著許多人工智能（AI）應(yīng)用也可直接在邊緣處進(jìn)行。

邊緣設(shè)備的安全

數(shù)據(jù)安全是邊緣計(jì)算的一項(xiàng)重要內(nèi)容。只有特定的數(shù)據(jù)可以離開系統(tǒng)，而其他數(shù)據(jù)必須留在邊緣設(shè)備中。為了確保這一點(diǎn)，必須持續(xù)檢查邊緣設(shè)備的完整性。特別是要持續(xù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以檢查它的系統(tǒng)軟件是否被操縱。必須核查計(jì)劃的系統(tǒng)軟件更新的原創(chuàng)性。

為了與云端建立通信，邊緣設(shè)備必須首先檢查服務(wù)器和/或數(shù)據(jù)服務(wù)的真實(shí)性，然后再加密并發(fā)送數(shù)據(jù)。目前，這是利用非對(duì)稱加密方法，在公鑰基礎(chǔ)設(shè)施的支持下進(jìn)行的。

為了達(dá)到這個(gè)目的，打造基于硬件的安全性至關(guān)重要，因?yàn)樗幌褴浖菢尤菀妆徊倏v。英飛凌可提供專為邊緣設(shè)備設(shè)計(jì)的“嵌入式可信任平臺(tái)模塊”。它們可以用來確保系統(tǒng)的完整性，檢驗(yàn)通訊伙伴的真實(shí)性，并完成數(shù)據(jù)的安全加密。

英飛凌和邊緣計(jì)算

許多邊緣設(shè)備都在使用英飛凌的傳感器、單片機(jī)、安全解決方案和電力電子器件。除了半導(dǎo)體元件和微型機(jī)械傳感器，這家高科技公司還與中小企業(yè)合作伙伴攜手，為邊緣計(jì)算領(lǐng)域提供完整的子系統(tǒng)和設(shè)備。

示例：創(chuàng)新的報(bào)警系統(tǒng)

英飛凌創(chuàng)新的報(bào)警系統(tǒng)最能說明邊緣計(jì)算解決方案如何能夠完善現(xiàn)有的智能家居系統(tǒng)。雖然現(xiàn)有報(bào)警系統(tǒng)中的麥克風(fēng)可以檢測(cè)到有人企圖闖入家中時(shí)的玻璃破碎情況，但英飛凌提出的概念（已經(jīng)注冊(cè)專利）是用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來綜合評(píng)估聲音和壓力信息。

這能最大限度減少誤報(bào)數(shù)目，并顯著提高系統(tǒng)的可靠性。新報(bào)警系統(tǒng)的另一個(gè)特點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)方式靈活：這款英飛凌解決方案很容易集成到現(xiàn)有的玻璃破碎檢測(cè)系統(tǒng)中。

總結(jié)

邊緣計(jì)算正影響著我們生活的方方面面。傳感器、執(zhí)行器和相關(guān)的電力電子器件是邊緣設(shè)備的接口，因此也是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)連接現(xiàn)實(shí)世界的接口。通過邊緣計(jì)算，數(shù)據(jù)可在本地進(jìn)行處理，并且只在絕對(duì)必要時(shí)才傳送到云端進(jìn)行處理。對(duì)于是應(yīng)在邊緣還是云端處理數(shù)據(jù)，最終還是取決于所需的計(jì)算能力、能源效率、延時(shí)，以及安全需求和個(gè)人隱私。這兩種解決方案相得益彰?；谌斯ど窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)的算法不僅能支持云計(jì)算，還可在本地作出明智的決策，并實(shí)現(xiàn)新的、革命性的應(yīng)用。它的輝煌局面才剛剛打開。

審核編輯：郭婷