三、ADI边缘AI MCU
AI已经无处不在,IoT也无处不在,二者融合就是AIoT。
问题在于,海量的设备和数据必然需要大量的矩阵据算,意味着大量的存储空间、强大的计算能力、高速的数据交互,成本很高,而以往必须以来云端大型服务器才能满足,IoT又是物与物互连,绝大多数设备都是电池供电,在本地彼此通讯。
这就催生了边缘AI技术,也叫终端AI,起源于20世纪90年代诞生的边缘计算,是相对于云端AI的概念。
有了边缘AI技术,就不必再将数据集中在云或数据中心进行处理,而是在靠近用户本地的终端网络边缘即可执行AI运算,本地设备可以自行运算与决策,无需接入互联网。
边缘AI具备实时性好、带宽资源要求低、隐私性高等特点,特别适合IoT应用,包括森林火灾监测、公路铁路大坝塌方检测、语音识别、人体数据分析等等。
边缘AI就像《韩非子·说林上》里说的:“失火而取水于海,海水虽多,火必不灭矣,远水不救近火也。”
ADI的边缘AI MCU解决方案是MAX7800X系列,集成Arm Cortex-M4F、RISC-V架构的两个微控制器内核负责数据加载和启动,还有CNN卷积神经网络加速器负责AI推理。
该方案在本地即可完成全部工作,无需连接互联网。
两个内核也有个不同的分工,其中Cortex-M4F负责应用和通信,内部集成Flash、SRAM。
RISC-V则是一颗小内核,32位精简指令集,主要配合CNN工作,将输入的数据传输至存储空间再交给CNN来处理。
ADI指出,RISC-V的功耗非常低,尺寸比较小,而且是开放式的,很多用户都喜欢,ADI也有自己研发的知识产权,未来可能会推出更多基于RISC-V的产品。
值得一提的是,微控制器内核完成加载和启动之后就可以休息了,不再耗电,因此整体功耗非常低。
该系列方案有两个版本MAX78000、MAX78002,后者规格更高,具备更快的频率、更大的存储空间,处理速度更快,而且除了图像、音频还可以处理视频。
这一方案相比于纯软件方案数据吞吐量高出100倍,相比于FPGA或GPU方案成本微不足道,相比于微控制器加DSP方案功耗不到百分之一,因此在性能、功耗、成本等方面达到了最优的平衡,而且尺寸小巧。
如果使用传统微控制器执行AI推理,功耗开支会非常大,而使用单独的卷积神经网络加速器,只需非常少的功耗即可达到同样的效果。
相比于竞品,性能和能效也是碾压级的存在。
开发支持方面,ADI边缘AI MCU提供丰富的数据手册、文档、评估套件、视频、笔记、工具、例程等等,还有参考设计相机模组。
该方案已经应用的实例场景有:打卡考勤与智能门锁人脸识别、语音识别、摄像头物体识别、智能音箱、电动窗帘、智能照明、相机鸡蛋计数、车载冰箱、智能头盔、管道泄露检测、垃圾分类等等。
四、ADI低功耗MCU
ADI的低功耗MCU采用单一芯片设计,集成度高,一颗的功能就能替代以往的多颗,甚至还有电源管理模块。
如此一来,单一系统就可以使用相当数量的MCU,各自负责逻辑与控制、传感器数据收集、蓝牙连接等不同功能,功耗超低的同时,还能满足丰富的功能需求。
ADI的低功耗MCU也有着广泛应用,比如监测污水、原油、自来水等的工业流量计,传统上需要MCU、高精度ADC、运算放大器、HART模块等多颗芯片,ADI MAX32675单芯片就集成了上述功能,可以大大降低系统的尺寸,并节约物料成本。
还有使用MAX32672方案的工业光学式气体探测仪、MEMS传感器,等等。
在消费类设备中,可穿戴智能手表可以使用ADI MAX32650,它集成1MB Flash、3MB RAM,能支持较大规模的数据存储和计算,非常适合需要收集大量数据的智能手表,高安全性也能保证用户隐私数据不会被泄漏。
还有使用MAX32660的真无线耳机、扫地机器人,使用MAX32666的心电T恤,使用MAX32680的连续式血糖监测仪等等。
包括最近火爆的血氧仪,ADI也早在新冠疫情前就有专门的血氧检测方案、血氧饱和度检测芯片,以及专用算法,可以方便地构建产品。
五、ADI安全MCU
安全是永恒的话题,尤其是随着IoT、AIoT设备的应用日益广泛,数据量日益庞大,还有潜在风险环境,很容易遭到物理攻击。
多年来,ADI积累了大量实时代码与数据加密专利技术,广泛应用于安全MCU产品,符合EMV、PCI、FIPS等安全标准,可以低于侧信道攻击。
比如说专门的ChipDNA PUF电路,可产生密钥以实现强大的防物理攻击能力,确保系统密钥不会落入黑客之手。
还有闪存加密、安全存储功能,可以使敏感数据抵御最先进的物理探测手段,从而实现可靠的IP保护。
当然,既然是MCU,安全的同时,低功耗、小尺寸也是必需的。
ADI安全MCU也有着丰富的应用场景。
比如在电子现金领域,可以对POS机、ATM机进行加密;
在智能家居领域,可以对访客的身份签名进行验证,并实现各传感器数据的加密传输;
在信息系统领域,可以实现访问授权和签名检查;
在远程医疗领域,可以保证患者的健康隐私不被泄露等等。
怎么样?通过这次介绍,是不是对小小的MCU有了全新的认识?正是有了这些幕后英雄,我们的生活才更加智能、便捷。
相信在未来,MCU的功能会愈加强大,应用会愈加广泛,期待ADI带来更丰富、更优秀的产品。