近日，Arm發(fā)布了專(zhuān)為AI應(yīng)用設(shè)計(jì)的Cortex-M52處理器，其目標(biāo)是取代現(xiàn)有的M33或M3/M4處理器,在MCU芯片中融入更強(qiáng)大的AI技術(shù)。

英飛凌、瑞薩等國(guó)際大廠(chǎng)，也在近期推出了融入AI能力的MCU產(chǎn)品，掀起了MCU新一輪的升級(jí)換代。

多家龍頭探索MCU+AI新模式

英飛凌于近期公布了PSoC Edge系列MCU，配備了專(zhuān)門(mén)為機(jī)器學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)的硬件加速器，可以加速神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)AI功能；恩智浦推出了融入AI功能的MCU產(chǎn)品組合——MCX，該組合嵌入了NPU（神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理器），專(zhuān)門(mén)用于加速邊緣通用的AI運(yùn)算；意法半導(dǎo)體（ST）于5月推出了其最新的64位微控制器STM32MP2，其中融入了一個(gè)神經(jīng)處理單元（NPU），專(zhuān)門(mén)針對(duì)邊緣AI推理，可提供高能效的AI運(yùn)算；瑞薩電子近日發(fā)布的新型RA8系列MCU，引入了Arm Helium技術(shù)，即Arm的M型向量擴(kuò)展單元，使其具備了更強(qiáng)大的AI功能。

Arm的一位市場(chǎng)人員告訴《中國(guó)電子報(bào)》記者，AI+MCU模式正在向小型化輕量化設(shè)備滲透，未來(lái)藍(lán)牙耳機(jī)、智能手表等產(chǎn)品，也能擁抱AI。

小華半導(dǎo)體副總經(jīng)理曾光明向《中國(guó)電子報(bào)》記者表示，如果只是依靠MCU的有限算力去運(yùn)行AI算法，其處理數(shù)據(jù)效率低、能耗高，并且很多應(yīng)用場(chǎng)景達(dá)不到預(yù)期。而AI加速器可以降低MCU的CPU運(yùn)算負(fù)擔(dān)，并且能有針對(duì)性地完成算法模型計(jì)算，將復(fù)雜的AI推理過(guò)程簡(jiǎn)單化，從而顯著降低功耗。擁有AI加速單元的MCU，更容易實(shí)現(xiàn)圖像識(shí)別、語(yǔ)音識(shí)別、工業(yè)維護(hù)預(yù)測(cè)等功能，而這原本需要使用MPU或者SoC來(lái)實(shí)現(xiàn)。對(duì)比之下，MCU的方案能簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，并且更節(jié)能環(huán)保。

75%的數(shù)據(jù)將在邊緣側(cè)處理

隨著物聯(lián)網(wǎng)、智能家居、工業(yè)自動(dòng)化等領(lǐng)域的快速發(fā)展，邊緣端AI芯片的市場(chǎng)需求也在日益增長(zhǎng)。邊緣端AI芯片需要具備低功耗、高性能、安全可靠等能力，同時(shí)要易于集成和部署。將AI集成在MCU上，可以更好地滿(mǎn)足這些需求。

在邊緣端使用搭載AI功能的MCU芯片，能夠有效減少成本。在邊緣端使用FPGA或GPU成本較高，并且無(wú)法使用電池供電。隨著MCU的算力持續(xù)提升，高頻MCU的主頻已達(dá)到GHz級(jí)別，已經(jīng)能夠滿(mǎn)足邊緣端低算力人工智能的需求。因此，將AI集成在MCU上，實(shí)現(xiàn)端側(cè)部署的單芯片解決方案正逐漸成為趨勢(shì)。

在端側(cè)MCU中增加AI功能，能夠有效分擔(dān)CPU的壓力。物聯(lián)網(wǎng)連接的萬(wàn)物都在產(chǎn)生數(shù)據(jù)，這給CPU帶來(lái)了巨大的計(jì)算壓力。在邊緣端MCU中添加AI加速器，可以通過(guò)專(zhuān)用算力來(lái)進(jìn)行機(jī)器學(xué)習(xí)的運(yùn)算，從而有效分擔(dān)CPU的工作負(fù)載。

此外，搭載AI功能的MCU也是能夠?yàn)檫吘壎说臋C(jī)器學(xué)習(xí)節(jié)省能耗。恩智浦相關(guān)專(zhuān)家向《中國(guó)電子報(bào)》記者介紹，在邊緣設(shè)備上運(yùn)行機(jī)器學(xué)習(xí)模型往往會(huì)消耗大量能耗，因此，邊緣機(jī)器學(xué)習(xí)處理器供應(yīng)商需要具備廣泛的產(chǎn)品組合和強(qiáng)大的能源管理工具套件來(lái)支持該系統(tǒng)。因此，在邊緣端采用具備低能耗特征的MCU以及MCU+其他芯片的組合來(lái)進(jìn)行機(jī)器學(xué)習(xí)，能夠有效減少能耗損失，提升能效。

采用MCU以及MCU+其他芯片的組合來(lái)實(shí)現(xiàn)高能效的能源管理方法（資料來(lái)源：恩智浦）

未來(lái)，隨著更多AI+MCU產(chǎn)品出現(xiàn)，AI技術(shù)將進(jìn)一步向邊緣端深入，實(shí)現(xiàn)更加高效、智能和自主的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。Gartner預(yù)測(cè)，未來(lái)2—5年內(nèi)，具備人工智能功能的嵌入式產(chǎn)品有望成為市場(chǎng)主導(dǎo)。到2025年，75%的數(shù)據(jù)將在邊緣側(cè)進(jìn)行處理。ABI Research預(yù)測(cè)，2021年至2026年，具有邊緣機(jī)器學(xué)習(xí)功能的設(shè)備出貨量將以24.5%的平均復(fù)合增長(zhǎng)率(CAGR)增長(zhǎng)。可見(jiàn)，未來(lái)端側(cè)AI MCU市場(chǎng)潛力巨大。

2021—2026全球主要市場(chǎng)領(lǐng)域中具備邊緣機(jī)器學(xué)習(xí)能力的設(shè)備總出貨量

數(shù)據(jù)來(lái)源：ABI Research

技術(shù)平衡與數(shù)據(jù)安全成為挑戰(zhàn)

然而，在MCU中引入AI功能也具有一定的挑戰(zhàn)性，需要芯片廠(chǎng)商在技術(shù)上做出平衡和優(yōu)化，同時(shí)需要充分考慮用戶(hù)需求和數(shù)據(jù)安全。

至頂科技分析師李祥敬向《中國(guó)電子報(bào)》記者表示：“在MCU中加入AI功能可以提升其性能和智能化水平，但同時(shí)也可能增加芯片的復(fù)雜性和成本，甚至出現(xiàn)功耗問(wèn)題。芯片廠(chǎng)商需要在設(shè)計(jì)過(guò)程中進(jìn)行權(quán)衡，確保在滿(mǎn)足用戶(hù)需求的同時(shí)，使MCU的復(fù)雜性和成本在可接受的范圍內(nèi)，并平衡功耗帶來(lái)的影響。此外，MCU廠(chǎng)商還需要考慮AI功能在實(shí)際場(chǎng)景中的適用性，真正帶給用戶(hù)價(jià)值。”

對(duì)此，MCU行業(yè)資深產(chǎn)品經(jīng)理王斌認(rèn)為，在MCU中加入AI加速器后，可以從兩方面實(shí)現(xiàn)在低功耗的情況下?lián)碛懈咝У腁I計(jì)算能力。首先，可通過(guò)提升制造工藝來(lái)減少功耗，如今MCU的制程已逐漸集中到40nm，而MCU+AI的芯片則逐漸進(jìn)入了28nm和22nm。其次，針對(duì)不需要持續(xù)執(zhí)行AI的場(chǎng)景，可以在芯片中關(guān)閉AI計(jì)算單元，僅保留可以維持觸發(fā)條件的外設(shè)。一旦觸發(fā)條件滿(mǎn)足，AI計(jì)算單元將立即打開(kāi)，快速完成AI相關(guān)的計(jì)算，然后重新恢復(fù)到待機(jī)狀態(tài)。對(duì)于需要持續(xù)運(yùn)行AI的邊緣設(shè)備，則保持正常供電，通過(guò)優(yōu)化算法或改進(jìn)硬件效率來(lái)實(shí)現(xiàn)功耗降低。

還需要考慮數(shù)據(jù)的安全性問(wèn)題。李祥敬表示，在MCU中引入AI功能后，本地?cái)?shù)據(jù)的留存和處理成為了一個(gè)重要問(wèn)題。這些數(shù)據(jù)可能涉及到用戶(hù)的隱私或設(shè)備的核心信息，因此需要采取有效的加密和保護(hù)措施。此外，如果MCU接入其他設(shè)備或網(wǎng)絡(luò)，還需要考慮如何防止核心數(shù)據(jù)被非法讀取、收集或利用。這也需要MCU芯片供應(yīng)商對(duì)AI功能進(jìn)行充分的驗(yàn)證和測(cè)試，以確保MCU的可靠和安全。