德州儀器：邊緣智能的“芯”動(dòng)力

隨著物聯(lián)網(wǎng)和人工智能技術(shù)的飛速發(fā)展，邊緣智能正逐漸成為推動(dòng)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的重要力量。近日，我們有幸采訪到了德州儀器中國(guó)區(qū)技術(shù)支持總監(jiān)師英先生，深入探討了德州儀器在邊緣智能領(lǐng)域的芯片設(shè)計(jì)創(chuàng)新技術(shù)、實(shí)時(shí)性優(yōu)化以及數(shù)據(jù)安全保護(hù)等方面的成果和應(yīng)用。

德州儀器中國(guó)區(qū)技術(shù)支持總監(jiān) 師英

師英先生首先介紹了德州儀器在邊緣智能芯片設(shè)計(jì)上的創(chuàng)新。他提到，德州儀器的低功耗Arm? Cortex?微處理器在保持高性能的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了低功耗設(shè)計(jì)，特別適用于電池供電的系統(tǒng)，如掃地機(jī)器人和門(mén)鈴等。在智能安防領(lǐng)域，這種低功耗芯片使攝像頭等設(shè)備能夠長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行，無(wú)需頻繁更換電池或充電，極大地提高了系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。就比如，工廠攝像頭可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和預(yù)警機(jī)械故障，減少生產(chǎn)線的停機(jī)時(shí)間，提高生產(chǎn)效率。

此外，德州儀器在芯片設(shè)計(jì)中集成了硬件加速器。這些加速器針對(duì)特定的 AI 算法進(jìn)行了優(yōu)化，能夠大幅提升處理速度，同時(shí)降低功耗。在智能安防領(lǐng)域，例如工廠中的攝像頭持續(xù)監(jiān)測(cè)設(shè)備，利用這種芯片技術(shù)可以實(shí)時(shí)分析和預(yù)測(cè)機(jī)械故障，為工廠的安全生產(chǎn)提供了有力保障。落實(shí)到具體，機(jī)器人利用德州儀器的芯片技術(shù)，可以精準(zhǔn)地完成各種復(fù)雜任務(wù)，如裝配、搬運(yùn)等，大大提高了生產(chǎn)自動(dòng)化水平。

德州儀器的芯片設(shè)計(jì)還注重集成度，通過(guò)高度集成的嵌入式處理器將多種元件整合到一個(gè)芯片中。其中就以 AM68A、AM69A、TDA4VM 和 TDA4VH-Q1 等高度集成的嵌入式處理器為代表，將多種元件整合到一個(gè)芯片中，包括中央處理單元、片上存儲(chǔ)器、輸入/輸出接口等。這種高度集成的設(shè)計(jì)不僅簡(jiǎn)化了系統(tǒng)設(shè)計(jì)，還提高了能效，減少了熱量散發(fā)。在智能工業(yè)中，這種集成化的芯片可以簡(jiǎn)化機(jī)器人的整體設(shè)計(jì)，提高性能，降低功耗，從而延長(zhǎng)機(jī)器人的使用壽命。這種設(shè)計(jì)在智能工業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用，能夠簡(jiǎn)化機(jī)器人的整體設(shè)計(jì)，提高性能并降低功耗。

針對(duì)自動(dòng)駕駛汽車(chē)和遠(yuǎn)程醫(yī)療等實(shí)時(shí)性要求極高的應(yīng)用場(chǎng)景，師英先生介紹了德州儀器如何通過(guò)優(yōu)化硬件來(lái)降低延遲和響應(yīng)時(shí)間。他提到，德州儀器推出了由視覺(jué)處理器組成的全新系列，包括AM62A、AM68A和AM69A處理器。該產(chǎn)品系列采用片上系統(tǒng) (SoC) 架構(gòu)，該架構(gòu)支持廣泛集成。集成組件包括 Arm Cortex-A53 或 Cortex-A72 中央處理單元、第三代德州儀器圖像信號(hào)處理器、內(nèi)部存儲(chǔ)器、接口和硬件加速器，可為深度學(xué)習(xí)算法提供每秒 1 萬(wàn)億次至 32 萬(wàn)億次運(yùn)算 (TOPS) 的 AI 處理功能。

當(dāng)我們問(wèn)到相關(guān)產(chǎn)品的實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景時(shí)，師英先生進(jìn)一步向我們介紹道，德州儀器的邊緣智能硬件通過(guò)實(shí)時(shí)處理傳感器數(shù)據(jù)和控制信號(hào)，保障車(chē)輛的安全行駛。比如，AM62A 處理器包含支持 5MP (60FPS) 的圖像信號(hào)處理器 (ISP)、高達(dá) 32 萬(wàn)億次運(yùn)算/秒 (TOPS) 的 AI 加速器、四核 64 位 Arm?-Cortex? A53 微處理器、單核 Arm? Cortex?-R5F 和 H.264/H.265 視頻編碼/解碼。其高度集成的高能效片上系統(tǒng)架構(gòu)，使智能攝像頭的本地 AI 處理能力可以實(shí)現(xiàn)高幀速率視頻分析，從而實(shí)時(shí)識(shí)別和分析道路狀況、交通信號(hào)以及障礙物等信息，為自動(dòng)駕駛系統(tǒng)提供精確的環(huán)境感知和決策支持，提高了自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的安全性和可靠性，使得自動(dòng)駕駛汽車(chē)能夠更好地適應(yīng)各種復(fù)雜的道路和交通環(huán)境。

在談到如何平衡半導(dǎo)體的集成度、功耗和可靠性時(shí)，師英先生表示：“在邊緣智能應(yīng)用領(lǐng)域，我們需要綜合考慮多個(gè)因素，以實(shí)現(xiàn)最佳的性能和效率?！?/p>

德州儀器通過(guò)采用高度集成的SoC架構(gòu)，成功地將CPU、存儲(chǔ)器、I/O接口、硬件加速器和視覺(jué)處理器等多種元件集成于單一芯片中。這種集成不僅提高了能效，減少了熱量散發(fā)，還簡(jiǎn)化了系統(tǒng)設(shè)計(jì)，縮短了數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間，降低了系統(tǒng)成本和重量。

在功耗方面，德州儀器的SoC架構(gòu)使得工業(yè)機(jī)器人能夠更精準(zhǔn)、快速、可靠地執(zhí)行任務(wù)，提高生產(chǎn)力，減少對(duì)人工干預(yù)的需求。同時(shí)，德州儀器的高級(jí)電源管理功能還有助于延長(zhǎng)電池供電機(jī)器人的電池壽命。

隨后我們問(wèn)到了邊緣智能領(lǐng)域用戶們最關(guān)心的數(shù)據(jù)安全和隱私保護(hù)問(wèn)題，師英先生回答道，德州儀器在邊緣智能硬件中集成了多項(xiàng)加密和安全功能。例如，我們的產(chǎn)品支持加密的密鑰 blob、具有主密鑰的防篡改模塊，以及非易失性存儲(chǔ)器和加密加速器之間的私鑰總線等安全功能。這些功能共同構(gòu)成了一個(gè)強(qiáng)大的安全防線，以保護(hù)邊緣設(shè)備中的敏感數(shù)據(jù)免受未經(jīng)授權(quán)的訪問(wèn)和攻擊。不僅如此，德州儀器還進(jìn)一步采用了硬件級(jí)別的加密技術(shù)，包括安全的啟動(dòng)和固件更新機(jī)制，防止惡意軟件的攻擊和篡改。此外，我們還提供了安全的通信接口，如 TLS/SSL 協(xié)議支持，確保數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中的機(jī)密性和完整性。在諸多安全措施的保護(hù)下，在智能零售應(yīng)用中，德州儀器的邊緣智能硬件通過(guò)本地處理數(shù)據(jù)的方式不僅縮短了交易時(shí)的響應(yīng)時(shí)間，還減少了數(shù)據(jù)被未經(jīng)授權(quán)訪問(wèn)的風(fēng)險(xiǎn)。這種方式在提高數(shù)據(jù)安全性的同時(shí)，也優(yōu)化了用戶體驗(yàn)。

最后談及目前邊緣智能的市場(chǎng)和未來(lái)發(fā)展，師英也坦言道，德州儀器一直密切關(guān)注邊緣智能技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，并積極應(yīng)對(duì)市場(chǎng)變化。在邊緣智能領(lǐng)域取得成功，關(guān)鍵在于不斷創(chuàng)新和優(yōu)化產(chǎn)品，以滿足客戶對(duì)性能、功耗和安全性的需求。如 AM68A、AM69A 等。通過(guò)采用先進(jìn)的工藝技術(shù)和設(shè)計(jì)理念，德州儀器成功地將更多的功能集成到單個(gè)芯片中，降低了功耗，提高了性能。使得產(chǎn)品能夠在邊緣設(shè)備上實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)智能和響應(yīng)，為各種應(yīng)用場(chǎng)景提供強(qiáng)大支持。而德州儀器也一直緊跟市場(chǎng)脈搏，不斷創(chuàng)新優(yōu)化產(chǎn)品，力求滿足客戶的多元化需求。面對(duì)不斷變化的市場(chǎng)，德州儀器推出的 Edge AI Studio 等工具，為設(shè)計(jì)人員提供了一個(gè)“低代碼”的體驗(yàn)。這些工具極大地降低了 AI 部署的門(mén)檻，使非專(zhuān)家人員也能輕松開(kāi)發(fā)和測(cè)試 AI 模型。過(guò)去，深層次的編碼專(zhuān)業(yè)知識(shí)是阻礙邊緣 AI 部署的一大難題，但現(xiàn)在，設(shè)計(jì)人員無(wú)需具備這些專(zhuān)業(yè)知識(shí)或技能，就能構(gòu)建神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和 AI 算法，為設(shè)備賦予智能和“大腦”。這一創(chuàng)新不僅簡(jiǎn)化了 AI 的部署流程，還拓寬了 AI 技術(shù)的應(yīng)用范圍，為半導(dǎo)體廠商開(kāi)拓了更廣闊的市場(chǎng)。

展望未來(lái)，師英表示，邊緣計(jì)算將與人工智能更深度地融合。隨著數(shù)據(jù)處理和分析能力的不斷提升，邊緣設(shè)備將能夠?qū)崟r(shí)地執(zhí)行更復(fù)雜的任務(wù)，如圖像識(shí)別、語(yǔ)音識(shí)別和自然語(yǔ)言處理等。這將使得邊緣智能設(shè)備在智能家居、自動(dòng)駕駛、工業(yè)制造等領(lǐng)域的應(yīng)用更加廣泛和深入。

低功耗和高效能將成為邊緣智能技術(shù)發(fā)展的重要方向。由于邊緣設(shè)備通常部署在資源受限的環(huán)境中，因此，如何在保證性能的同時(shí)降低功耗，提高能效，將成為技術(shù)研發(fā)的重點(diǎn)。這也將推動(dòng)芯片設(shè)計(jì)、電源管理等相關(guān)技術(shù)的不斷創(chuàng)新。

邊緣智能技術(shù)的安全性和隱私保護(hù)將受到越來(lái)越多的關(guān)注。隨著邊緣設(shè)備越來(lái)越多地處理個(gè)人和敏感數(shù)據(jù)，如何確保數(shù)據(jù)的安全性和隱私性將成為技術(shù)發(fā)展的重要考量。

在采訪的最后師英先生表示，德州儀器一直致力于為邊緣智能應(yīng)用提供高效、可靠的硬件和軟件解決方案。未來(lái)幾年，德州儀器將繼續(xù)加強(qiáng)在嵌入式處理器、傳感器和低功耗設(shè)計(jì)等領(lǐng)域的研發(fā)投入，推出更多具有創(chuàng)新性的邊緣智能產(chǎn)品。在未來(lái)，我們會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)大嵌入式 AI 的應(yīng)用范圍，為工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)控制應(yīng)用例如電弧檢測(cè)和電機(jī)故障預(yù)測(cè)等應(yīng)用賦能。

（本文刊登于EEPW 2024年第6期）