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工业物联网AI转型革命下,恩智浦MCU/MPU如何帮助中国客户更“AI”

发布时间:2024-10-17 来源:恩智浦 责任编辑:lina

【导读】我们身处于一个激动人心的时代,因为智能设备正在以惊人的速度增加,无论是汽车、工厂还是居家、楼宇领域,都让AI技术变得“看得见,摸得着”。同时,这些设备也通过蓝牙、Wi-Fi、5G而互相连接,形成一个万物智能的网络。


我们身处于一个激动人心的时代,因为智能设备正在以惊人的速度增加,无论是汽车、工厂还是居家、楼宇领域,都让AI技术变得“看得见,摸得着”。同时,这些设备也通过蓝牙、Wi-Fi、5G而互相连接,形成一个万物智能的网络。


数据显示,到2030年智能互联设备数量将超过500亿台,到2030年约50%的汽车将实现电气化和L2辅助驾驶,到2025年AI半导体收入将达到750亿美元,到2026年5G将覆盖全球60%的地区,2021到2025年智能家居市场复合年增长率达20%。


在AI革命中,随着边缘AI重要性愈发凸显,MCU、跨界MCU、MPU作为边缘设备的核心也在不断增强其AI处理能力。日前,恩智浦就分享了其在边缘处理业务上的理解和布局。


工业方案的三个层级


你我都知道,恩智浦在汽车领域非常活跃,近乎一半业务都集中在汽车领域,那么发力的另一半则是工业物联网。


根据恩智浦全球资深副总裁、工业及物联网边缘业务总经理Charles Dachs介绍,恩智浦在工业物联网领域聚焦四个重点领域:一是工厂自动化,包括实时控制、人机界面(HMI)、机器人应用;二是医疗,包括患者监测、医疗器械、个人健康;三是楼宇和能源,包括能源管理、绿色能源、楼宇控制;四是自动化家居,包括家庭控制器、智能门禁、智能家电。


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如果关注近几年的新闻,也许你会发现,现在的恩智浦早已不止是一家芯片提供商,而是提供一整套解决方案的提供商。在工业物联网领域,恩智浦也在秉承这种思维,为客户提供多个层级的解决方案。Charles Dachs表示,恩智浦将这种解决方案分为三个层级——硬件和软件基础、技术板块、系统级解决方案。


最底层是硬件和软件基础,包括处理、模拟、电源管理、传感器功能等;中间层提供特定技术创新,恩智浦与其他公司最大不同就是在创新方面的投资,目前定义了12个重点技术领域,包括信息安全、连接、人工智能和机器学习、图像和显示、触摸、电机控制、功能安全、网络连接、语音、视觉、能源转换和低功耗;在解决方案层面,恩智浦会提供参考设计、概念验证、FRDM和软件包。


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硬件和软件基础:从MCU、跨界MCU到MPU


从处理器角度来看,恩智浦是业界少数布局非常广泛的一家厂商,能够覆盖各种用户的选择,包括几十MHz的传统MCU,到GHz的跨界MCU,再到更高主频和更复杂性的MPU。


让产品线足够全面至关重要,因为随着软件复杂度不断增加,必然需要不同的产品去应对不同的场景,这种情况不可能每有一个场景就重复开发一次。Charles Dachs强调,恩智浦提供自己的软件开发工具,可以让客户开发的产品或软件非常容易地在丰富广泛的产品系列中复用。


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谈到具体的产品,Charles Dachs表示今年恩智浦对MCU、跨界MCU、应用处理器三大系列进行了一系列更新和规划。


首先,恩智浦今年重新命名传统MCU产品为MCX系列,目前已推出5个子系列,接下来几个月,会有更多的子系统面世。其中,MCX N率先集成NPU实现边缘侧AI/ML能力,MCX A定位主流和广泛应用的高性能智能外设MCU,MCX C为入门级、超低功耗产品,MCX L适应于始终在线类型的低功耗应用,MCX W集成ZigBee、Thread 和蓝牙等互联功能。


其次,跨界MCU在工业与物联网领域的能力正在不断提升。其中,RT 1180是一款主要针对工业产品实时控制TSN开关的产品,对工业和通讯非常契合;最新发布的RT700是首款集成NPU的跨界MCU产品,不仅在功耗上实现跨越,在AI性能上也非常强悍。


最后,整个i.MX 9系列应用处理器都集成NPU,所以可以实现更高的AI性能,同时适合运行在Linux平台。其中,i.MX 95和i.MX 93两款产品都可以进行高效的AI/ML处理能力,i.MX 91作为入门级处理器拥有极佳的性价比。


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12大技术之3:功能安全、AI/ML、连接


在恩智浦的12个重点技术领域中,功能安全、AI/ML、连接三大技术尤为重要。


首先,安全方面,恩智浦不仅在硬件、软件层面做到了功能安全,还提供完整的云基础设施,形成“硬件+软件+云端”的模式,为用户提供真正的“信任根”,是为数不多的这样做的公司之一。在恩智浦的产品组合中,既包含必要、经济高效的信息安全,也涵盖更高的安全等级,对于需要最高级系统安全性的用户也可以提供安全微控制器,这使得恩智浦与竞争对手形成差异化。


举例来说,恩智浦借助安全边缘能力,成为首家获得Matter证书的公司。再比如,恩智浦是第一家为量子计算加密做好了准备的公司,保证那些使用周期非常长的客户能够在10~15年后产品仍然具备安全性。


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其次,AI/ML方面,恩智浦整个产品线都内置了AI/ML加速器功能,算力覆盖从10G到几T TOPS。恩智浦不仅从硬件集成的角度实现了AI/ML,还提供了完整的软件框架eIQ,使开发人员和客户能够开发自己的模型,同时采集数据、标注数据、训练模型、测试模型、推理模型。


如今,很多功能都在云端实现,如果想让设备变得更加智能和自主,同时解决延迟和隐私监管的问题,一定要将AI/ML放在边缘。几个月前,恩智浦在i.MX 9系列产品上运行了边缘大语言模型,无需连接到云端,证实了在边缘实现LLM的可行性。


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最后,连接方面,恩智浦不仅提供完整的产品组合,还是唯一一家拥有让客户访问智能连接设备所需的所有不同连接元素的公司,包括Wi-Fi、蓝牙、Thread、Zigbee、UWB、NFC。


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系统级解决方案:来自中国团队的方案


AI/ML的颠覆性体现在什么场景?Charles Dachs介绍了许多来自恩智浦中国本土团队的在工业物联网领域的方案。


在电动工具领域,恩智浦通过AI/ML实现了自动停止功能和电机控制,比如电动工具在钻孔时,遇到特定的情况会自动停止。恩智浦利用MCX N系列芯片做本地模型推理,而eIQ工具帮助客户非常容易地开发AI/ML。


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在能源方案中,恩智浦将MCX N系列和MCX W系列应用在逆变器和储能产品中,实现了一整套AFCI(拉弧检测)功能的方案,结合芯片本身的处理能力、连接能力和AI/ML能力,确保从电力转换的角度提供最高效的解决方案。


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在医疗领域,恩智浦将AI/ML针对声音的检测结合到传统的呼吸机中,这样可以识别病人打鼾的声音,从其他声音中过滤出来,从而对病人起到保护作用。


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在智能工厂领域,恩智浦既提供MCU、MPU方案,也加了连接的方案。需要强调的是,恩智浦在中国赋能了非常多的生态合作伙伴,提供模组级或方案级产品,帮助最终客户快速开发和量产化。


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在智能家电领域,恩智浦拥有自己的IP,名为VIT Speech to Intent,可以为家电提供语音控制功能,它提供多语言能力,非常适合国内厂商的产品出海。


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在智能家居领域,恩智浦通过i.MX 95,搭配PMIC和连接芯片,实现了一整套的产品和解决方案,帮助客户在边缘实现大语言模型落地。


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最新跨界处理器:三个子系统的强大产品


值得注意的是,此次发布会上,恩智浦对最新发布的下一代跨界MCU芯片i.MX RT700进行了详细的解析。


R700相比于前代产品,提升幅度非常之大,可以说是“降维打击”,早在发布之前就引发了工程师群体的讨论。相比上一代产品,其在边缘提供高达 172 倍的速度提升和 119 倍的节能,同时功耗比上一代产品降低了30~70%。


为什么R700的功耗提升如此巨大?Charles Dachs表示,恩智浦在芯片设计和工程上做了很多改进,低功耗技术是其中的核心之一。对于AI/ML来说,实现50 TOPS并不困难,难点在于如何以极低的功耗实现这一目标。恩智浦从RT500和RT600两个产品中获取了大量的经验,也收到了许多客户的反馈,这是R700能够进步的最大原因。以Garmin手表为例,消费者可以连续佩戴两周,这得益于恩智浦多年来在节能技术方面的积累。


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通过与前代对比,不难发现RT700整体设计更倾向于把特定工作分流于其他子系统,从而获得更好的功耗和效率。RT700主要包括三个子系统,包括额外的一个M33+DSP的“传感计算子系统“,一个eIQ Neutron NPU的AI子系统,一个基于RISC-V的2.5D GPU的图像子系统(可通过LCD或MIPI提供720p@60Hz)。


不止如此,RT700还将主CPU的 M33内核频率提升到325 MHz (RT500为200 MHz, RT600为300 MHz);将片上SRAM最高增加到7.5 MB (RT500最高5 MB, RT600为4.5 MB),减少对于外部存储的访问,以防止耗电;针对可穿戴设备应用,首次支持eUSB(嵌入式USB),提供比原来USB更好的安全和加密性能。


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恩智浦面对中国市场:一起走向光明


在工业物联网领域,中国无疑是走得很快的,恩智浦一直以来,也都将中国市场视为重要的市场。正如其最新的公司slogan,“Brighter Together”一样,恩智浦一直希望与中国合作伙伴一起走向光明的未来。


Charles Dachs表示,恩智浦在中国深耕已有30余年,约三分之一的工程师都在中国本地工作。恩智浦在大中华区拥有超过9,000名员工,设有14个办事处、6个研发中心,并在天津拥有一个世界领先的封测厂。


恩智浦在中国具备所有创新要素,拥有完整的团队,包括硬件设计、软件开发、系统工程、客户支持和销售市场等。目前,恩智浦已经在中国定义并研发、执行、交付了超过200款产品,而且这个数字还在持续增长。这些成果离不开强大的生态系统支持。我们在中国与超过6000家客户和合作伙伴合作,共同推动创新走向终端市场,我们也希望未来这一数字会不断增加。


天津的云实验室就是我们在中国本土创新的一个典范。“我们非常兴奋地看到中国市场充满了机会,其中许多大趋势与我们为客户提供的产品和解决方案高度契合。我们期待与中国的合作伙伴携手,迈向光明的未来。”Charles Dachs如是说。


从产品层面来讲,恩智浦的FRDM开发平台(FRDM代表“自由开发板”)为国内工程师提供了一个强大且灵活的开发环境,它提供了类似乐高的模块化扩展方式,工程师可以在FRDM板上添加扩展模块(如图形功能)来快速开发特定的HMI应用。


几个月前,在恩智浦推出MCX系列产品时,一并推出了相关开发板,如今,这一平台已扩展至跨界MCU和应用处理器,支持MCX N、MCX A、MCX W和MCX L等多种产品,帮助工程师轻松上手并进行应用程序开发。目前恩智浦已有超过10款FRDM板。


此外,恩智浦提供了接近100个示例代码,数量还在持续增加。工程师可以根据自身需求,选择合适的扩展模块并基于示例代码迅速构建应用。在这个开发环境中,恩智浦为客户提供了创新的自由,使得他们能够轻松应对快速变化的需求。


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接下来,恩智浦还会通过参考设计和概念验证展示更多功能。但创新的潜力不限于此,在中国,恩智浦拥有强大的系统解决方案团队,他们积极与合作伙伴和客户合作,开发满足市场需求的完整参考设计,这些解决方案为国内客户提供了全面的支持,确保在不同应用场景中获得成功。


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