工業(yè)控制、智慧城市、智能家居領(lǐng)域的AI應用及開發(fā)挑戰(zhàn)

1   關(guān)注工業(yè)控制、智慧城市、智能家居在工業(yè)和物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域

中，恩智浦關(guān)注的嵌入式人工智能（AI）和機器學習應用主要包括工業(yè)控制、智慧城市以及智能家居3個方面。

●   工業(yè)控制。恩智浦通過提供能夠進行實時觀察、學習和調(diào)整的設備來為企業(yè)用戶提供更好的預測和控制功能，通過提高設備的智能化程度來提高終端產(chǎn)品性能。在工業(yè)控制中的人機接口（HMI）應用領(lǐng)域，主要產(chǎn)品類型包括用戶友好型消費產(chǎn)品屏幕、安全可靠的汽車驅(qū)動程序接口、工業(yè)面板、繳費機和數(shù)據(jù)訪問終端等。在這些應用中，恩智浦可以為客戶提供性能可擴展的系列MCU（微控制器）、處理器、傳感器和軟件工具套件，可幫助客戶在應用中添加語音識別、視頻和圖像分析處理、觸摸和手勢控制等功能。在工業(yè)控制中的工廠自動化應用領(lǐng)域，恩智浦可以為客戶提供實時處理及穩(wěn)定通信能力，幫助完成工業(yè)系統(tǒng)中的實時控制。

●   智慧城市。恩智浦通過機器學習將圖像和語音與先進的多媒體和智能處理能力相結(jié)合，使基于恩智浦方案的終端設備在公共安全、智慧交通、醫(yī)療保健以及家庭和樓宇安全等一系列行業(yè)中均處于優(yōu)勢地位，可以為企業(yè)和組織提供優(yōu)化的解決方案，幫助建設更智慧、更安全、更高效互聯(lián)的城市。

●   智能家居。恩智浦提供基于機器學習的智能設備解決方案（例如門鎖、溫濕度計和照明等），可通過學習用戶喜好和實時數(shù)據(jù)做出自主決策，在提升生活環(huán)境居住體驗的同時保證功能安全、信息安全和便利性。

恩智浦半導體 微控制器與處理器事業(yè)部 大中華區(qū)市場工程師 劉昱煒

2   工程師或研發(fā)人員應用時遇到的挑戰(zhàn)

機器學習和AI 應用在嵌入式端落地時可能遇到的主要問題包括以下幾個方面。

1）硬件平臺。在嵌入式端運行深度神經(jīng)網(wǎng)絡模型對硬件平臺的計算能力和資源有較高的需求，同時也會導致系統(tǒng)功耗的增加。如何平衡計算性能與功耗并依靠有限的計算能力和存儲資源，在嵌入式端推理過程中充分發(fā)揮神經(jīng)網(wǎng)絡模型的性能及準確性，是一個值得關(guān)注的挑戰(zhàn)。

2）軟件生態(tài)。支持神經(jīng)網(wǎng)絡加速的處理器通常是體系復雜的SoC，這給操作系統(tǒng)、軟件開發(fā)環(huán)境和相關(guān)應用軟件的開發(fā)帶來一定的挑戰(zhàn)。

3）安全及可靠性。由于智能設備具備自主學習和執(zhí)行能力并存儲有大量用戶數(shù)據(jù)和模型，一旦系統(tǒng)在本地或者數(shù)據(jù)傳輸過程中遭到黑客攻擊，將導致較為嚴重的安全隱患，對此類攻擊的防范也是值得關(guān)注的挑戰(zhàn)之一。

3   恩智浦的解決方案

針對上面提到的3 個挑戰(zhàn)，恩智浦為客戶提供了對應的解決方案。

1）硬件平臺，恩智浦提供平臺可擴展、性能配置豐富的可運行AI 應用的MCU 及處理器。目前恩智浦支持AI 應用的MCU 平臺主要包括：i.MX RT600、i.MXRT1060、i.MX RT1170 等；處理器平臺主要為i.MX 8M系列，包括其中的i.MX 8M Plus 和i.MX 8M Mini 等。其中今年推出的新產(chǎn)品i.MX 8M Plus 配備2.3TOPS 硬件神經(jīng)網(wǎng)絡加速器，可以有效提升神經(jīng)網(wǎng)絡模型在嵌入式端的推理速度。同時，該產(chǎn)品采用14 nm FinFET 工藝，在取得良好性能表現(xiàn)的同時保持較低功耗運行。

2）軟件生態(tài)，恩智浦分別為MCU 和處理器產(chǎn)品提供了一致化的開發(fā)環(huán)境和SDK；對于一些典型的嵌入式AI 應用，例如人臉識別、語音控制等，恩智浦提供了諸多參考設計以及交鑰匙解決方案；對于神經(jīng)網(wǎng)絡模型的構(gòu)建、訓練和嵌入式端部署，恩智浦提供了名為eIQ 的工具套件。該工具集成了數(shù)據(jù)集整理、模型訓練以及推理引擎的構(gòu)建等諸多功能，可以較好地支持客戶常用的各類模型框架。此外，恩智浦也有一些第三方合作伙伴，通過提供相關(guān)算法或工具共同構(gòu)建嵌入式AI應用的良好生態(tài)環(huán)境。

3）安全及可靠性，恩智浦能夠在全數(shù)據(jù)鏈路為用戶的數(shù)據(jù)安全提供保障。在嵌入式處理器端，恩智浦產(chǎn)品采用安全架構(gòu)（如ARM TrustZone）以及相關(guān)加密模塊保障安全性；在與云端的連接環(huán)節(jié)中，恩智浦提供EdgeScale 支持，可以幫助實現(xiàn)對網(wǎng)關(guān)和終端節(jié)電設備的安全部署和升級管理等。

（本文來源于《電子產(chǎn)品世界》雜志2021年9月期）