飛象原創(chuàng)（魏德齡/文）“AI無處不在”已經(jīng)成為一個(gè)可以預(yù)見的趨勢，業(yè)界一方面在謀劃AI融入千行百業(yè)的設(shè)想，另一方面也在思考如何讓AI甩掉在云端上的包袱。原因在于當(dāng)前無處不在的大大小小的設(shè)備，很多無法保證持續(xù)穩(wěn)定的連接能力，同時(shí)還要兼具時(shí)延、續(xù)航上的要求。于是，依托于端側(cè)算力的邊緣AI應(yīng)用成為“AI無處不在”的關(guān)鍵所在。
ABI Research發(fā)布的預(yù)測結(jié)果顯示，邊緣AI的市場規(guī)模將在未來十年間實(shí)現(xiàn)大幅增長。相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，面向邊緣AI應(yīng)用的微控制器單元(MCU)部署數(shù)量將會大幅增加，具體涉及農(nóng)業(yè)、汽車、蜂窩網(wǎng)絡(luò)、醫(yī)療保健、制造、個(gè)人和工作設(shè)備、零售以及機(jī)器人等多個(gè)垂直領(lǐng)域。預(yù)計(jì)該市場的規(guī)模將呈現(xiàn)指數(shù)級增長，且在2030年將達(dá)到近18億件的規(guī)模。
不久前舉辦的意法半導(dǎo)體STM32媒體溝通會上，微控制器、數(shù)字IC與射頻產(chǎn)品部(MDRF)、物聯(lián)網(wǎng)/人工智能技術(shù)創(chuàng)新中心及數(shù)字營銷副總裁朱利安在開場分享了一個(gè)中國區(qū)的創(chuàng)新案例，通過電源與能源技術(shù)創(chuàng)新中心以及人工智能技術(shù)創(chuàng)新中心共同合作，為中國光伏的新能源客戶打造的AFCI方案中，包括了軟硬件、AI算法及STM32 MCU和功率器件。作為ST提供的第一個(gè)人工智能AFCI解決方案，能夠?yàn)橹袊鴧^(qū)眾多的新能源客戶提供更加穩(wěn)定、更加安全的直流拉弧檢測功能，從而極大地增強(qiáng)了產(chǎn)品安全檢測的精度和客戶產(chǎn)品的業(yè)內(nèi)競爭力。
同期，意法半導(dǎo)體還專門向媒體介紹了第一顆AI MCU。
第一顆AI MCU
“在一個(gè)萬物互聯(lián)的時(shí)代，我們?nèi)绾伟袮I從云端下沉到邊緣端，使邊緣端具有AI能力？如何讓物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和汽車同時(shí)具備智能、安全和互聯(lián)這三大支柱？”微控制器、數(shù)字IC與射頻產(chǎn)品部（MDRF）微控制器產(chǎn)品市場經(jīng)理丁曉磊表示，邊緣端AI具有時(shí)效性更強(qiáng)、隱私保護(hù)性更好、更高效的自主計(jì)算和執(zhí)行能力。
也就是說，當(dāng)AI開始拓展自身融合的邊界，實(shí)現(xiàn)無處不在的目標(biāo)，推理端也自然需要慢慢從云端下沉到邊緣端，在這一過程中，也需要如上文案例中涉及的不同軟硬件的支持。過往，已經(jīng)有SoC能夠?qū)崿F(xiàn)在端側(cè)運(yùn)行模型的能力，而當(dāng)MCU的算力越來越強(qiáng)，通過MCU所實(shí)現(xiàn)的邊緣AI能力，將可以進(jìn)一步拉低BOM成本，降低設(shè)計(jì)復(fù)雜度。
意法半導(dǎo)體將STM32N6定義為首款具有AI加速能力的高性能STM32 MCU，搭載一顆800MHz ArmCortex-M55內(nèi)核，CoreMark測試成績達(dá)到3360分。并且?guī)в星度胧降腘eural-Art Accelerator的硬件加速單元，可以與ARM Cortex-M55內(nèi)核完全獨(dú)立并行工作，也可以作為ARM Cortex-M55的協(xié)處理器，做AI的加速能力運(yùn)算。STM32N6還集成了一個(gè)可以直接處理圖像信號的ISP單元，準(zhǔn)許應(yīng)用使用簡單且經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的圖像傳感器。
據(jù)悉，STM32N6系列是意法半導(dǎo)體迄今為止處理性能最強(qiáng)的產(chǎn)品，機(jī)器學(xué)習(xí)處理性能是STM32 MCU現(xiàn)有高端產(chǎn)品的600倍。能夠讓嵌入式AI真正發(fā)揮作用，讓注重成本和功耗的消費(fèi)電子和工業(yè)產(chǎn)品能夠運(yùn)行計(jì)算機(jī)視覺、音頻處理、聲音分析等算法，提供以往小型嵌入式系統(tǒng)無法實(shí)現(xiàn)的高性能的功能。
STM32N6在邊緣AI領(lǐng)域能夠?qū)崿F(xiàn)的種種能力，與其內(nèi)置的NPU加速器Neural-Art Accelerator密不可分。
開啟全新嵌入式AI應(yīng)用領(lǐng)域
根據(jù)意法半導(dǎo)體發(fā)布的《推動(dòng)邊緣AI變革：現(xiàn)代微控制器中神經(jīng)處理單元的強(qiáng)大威力》白皮書介紹，由于NPU具有專業(yè)化的架構(gòu)，在邊緣AI加速領(lǐng)域，運(yùn)行效率明顯高于傳統(tǒng)的處理單元，特別適合能源受限的應(yīng)用環(huán)境，例如基于微控制器的應(yīng)用。NPU不僅是各種邊緣AI用例的最佳解決方案，而且還能保持較低的功耗水平。
STM32N6上的Neural-Art Accelerator加速器，作為ST自研的專有神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)單元，可以提高人工智能的處理能力。“大家可以這樣理解：你在一個(gè)MCU上用MCU功耗去實(shí)現(xiàn)邊緣AI的能力。”丁曉磊表示，STM32N6極好地實(shí)現(xiàn)了用相對最低的功耗實(shí)現(xiàn)最高性能的效果。
白皮書中專門給出了一個(gè)測試人員為人員檢測和跟蹤應(yīng)用選擇了Yolo (You Only Look Once) v8作為目標(biāo)檢測模型的示例，通過使用為Neural-ART加速器編譯的相同模型，可以在僅使用Arm Cortex-M CPU內(nèi)核的情況將Yolo性能提升100倍以上。并且?guī)蔬_(dá)到26fps，表明Yolo v8推理可以連續(xù)、實(shí)時(shí)地分析100%的視頻幀。而這是在Cortex-M55上運(yùn)行Yolo v8時(shí)所無法做到的。
MCU+NPU所帶來的另一個(gè)優(yōu)勢在于具備快速啟動(dòng)和快速喚醒的能力，時(shí)間均在微秒或幾毫秒的級別，實(shí)現(xiàn)了SoC無法達(dá)到的效果。同時(shí)也降低了整體系統(tǒng)設(shè)計(jì)的復(fù)雜度，無需在外接電源管理芯片，并內(nèi)置4.2MB SRAM，能夠讓所有傳統(tǒng)的MCU嵌入式的開發(fā)者快速學(xué)習(xí)上手，釋放邊緣AI的能力。
在生態(tài)系統(tǒng)的角度上，Neural-ART加速器IP與STM32Cube軟件生態(tài)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無縫集成，從而有效確保了該加速器的運(yùn)行效率。STM32Cube.AI（桌面應(yīng)用程序）和意法半導(dǎo)體邊緣AI開發(fā)者云（在線）原生支持此種集成，且能夠生成優(yōu)化代碼，以便輕松、充分地利用NPU的功能。開發(fā)人員可以利用STM32Cube.AI或意法半導(dǎo)體邊緣AI開發(fā)者云輕松優(yōu)化經(jīng)過預(yù)訓(xùn)練的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，并將其轉(zhuǎn)換為可在Neural-ART加速器上高效運(yùn)行的代碼。
STM32N6作為一顆通用MCU，目前已經(jīng)在眾多領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了創(chuàng)新落地，例如個(gè)人產(chǎn)品、消費(fèi)類、可穿戴設(shè)備、機(jī)器人、智能樓宇、白色家電、智能工業(yè)、無人機(jī)、智能家居等產(chǎn)品中均都有相關(guān)成功案例。
讓更多應(yīng)用分享STM32優(yōu)勢
與此同時(shí)，意法半導(dǎo)體還正在讓更多應(yīng)用分享STM32的優(yōu)勢。
“邊緣AI技術(shù)是我們看到的一個(gè)現(xiàn)有工業(yè)技術(shù)應(yīng)用到未來汽車行業(yè)的例子。神經(jīng)加速器開發(fā)工具讓開發(fā)人員能夠在其應(yīng)用中輕松實(shí)現(xiàn)AI，不受他們的數(shù)據(jù)學(xué)專業(yè)知識水平的限制，將來，神經(jīng)加速器技術(shù)及其相關(guān)工具將改進(jìn)汽車系統(tǒng)。”意法半導(dǎo)體微控制器、數(shù)字IC和射頻產(chǎn)品部（MDRF）總裁Remi EL-OUAZZANE在不久前的一篇博客中表示。
隨著駕駛體驗(yàn)在AI和軟件定義車輛時(shí)代的不斷演變，提升汽車功能性安全、靈活性和實(shí)時(shí)性能至關(guān)重要。意法半導(dǎo)體的下一代汽車微控制器也正在重塑未來汽車。Stellar系列專注于支持高集成度電動(dòng)汽車控制、ADAS及關(guān)鍵安全子系統(tǒng)，采用嵌入式非易失性存儲技術(shù)（eNVM）和28nm FD-SOI工藝；STM32A系列則聚焦車身控制和邊緣設(shè)備管理，滿足ASIL B級安全標(biāo)準(zhǔn)。
意法半導(dǎo)體中國區(qū)微控制器、數(shù)字IC與射頻產(chǎn)品部(MDRF)汽車微控制器產(chǎn)品營銷高級經(jīng)理黃延球在媒體會上表示：“我們希望像其他產(chǎn)品領(lǐng)域一樣，讓汽車和工業(yè)平臺實(shí)現(xiàn)融合，帶來優(yōu)勢互補(bǔ)，有STM32，也有STM32A，可以整合意法半導(dǎo)體的汽車安全技術(shù)方案和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、人工智能解決方案等。”
面向邊緣智能的場景中所不可或缺的無線需求，STM32WL3集成了最新一代Sub-GHz長距離射頻收發(fā)器、Arm Cortex-M0+處理器內(nèi)核和針對智能表計(jì)應(yīng)用定制的外設(shè)以及改進(jìn)的省電功能，大大簡化了無線解決方案的設(shè)計(jì)，縮短了產(chǎn)品上市時(shí)間，并延長了電池續(xù)航時(shí)間。
例如將STM32WL3用于表計(jì)應(yīng)用中時(shí)，可以延長智能表計(jì)應(yīng)用中的電池壽命，得益于集成的意法半導(dǎo)體獨(dú)特的模擬流量感測控制器LCSC，可以簡化和優(yōu)化水表設(shè)計(jì)，為水表帶來安全保護(hù)，將電池續(xù)航時(shí)間延長至15年以上，同時(shí)優(yōu)化水表的集成度和成本結(jié)構(gòu)。
STM32C0作為非常具有性價(jià)比的32位MCU，通過有吸引力的價(jià)格和優(yōu)化的BOM來幫助客戶減少成本�？扇〈矣秒娖鳌⒑唵喂I(yè)控制器、電動(dòng)工具和物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備等產(chǎn)品設(shè)備中的傳統(tǒng)8位或16位MCU。作為32位MCU中的經(jīng)濟(jì)型產(chǎn)品，STM32C0具有更高的處理性能、更大的存儲容量、更高的外設(shè)集成度，適合實(shí)現(xiàn)用戶界面控制等功能，以及其他基本控制、定時(shí)、計(jì)算和通信功能。
意法半導(dǎo)體通過不斷創(chuàng)新的STM32產(chǎn)品家族，助力邊緣AI和物聯(lián)網(wǎng)的全面發(fā)展。STM32的優(yōu)勢已分享至多個(gè)領(lǐng)域，推動(dòng)技術(shù)革新，構(gòu)建更加智能、安全和互聯(lián)的未來世界。
