伴隨著數字化、智能化轉型,邊緣計算與邊緣智能正對我們的世界產生愈發深刻的影響,而微控制器作為其中的關鍵芯片也發揮著更加重要的作用。在日前舉行的一場媒體會上,恩智浦全球資深副總裁、工業及物聯網邊緣業務總經理Charles Dachs表示,到2030年,全球預計將有超過500億臺智能互聯設備,而這都是由一系列關鍵市場趨勢所驅動的。
恩智浦全球資深副總裁、工業及物聯網邊緣業務總經理Charles Dachs
其中,對綠色能源和能效的推動與采用是首要推動力,它已成為推動設備數量激增的重要力量,這一點在家庭、樓宇、工廠、汽車等領域十分顯著。另一大驅動力則來自系統自主性的顯著增強,一方面,它能夠為居家生活帶來便捷,提升工廠流程與制造效率,推動汽車自動駕駛的普及;但另一方面,也對邊緣處理能力提出了更高的要求,促使我們在邊緣智能管理方面做出更多努力。
與此同時,這些智能設備也正通過藍牙、Wi-Fi、5G技術實現著“萬物互聯”,即便在傳統的工業領域,工業物聯網中的互聯設備數量都在以驚人的速度增長。不過,這也帶來了嚴峻的安全挑戰,例如在制造環境中,由于設備間高度互聯,必須確保這些基礎設施免受黑客攻擊與惡意侵害。為此,無論是歐洲、中國還是美國,都在加強對這一領域的監管。
與中國市場共成長
恩智浦深耕中國市場30余年。目前,恩智浦在大中華區擁有超過9,000名員工,14個辦事處和6座研發中心,并且在天津擁有1座世界級封測廠,其工程師團隊的1/3都來自中國。
“我所在的業務部門,絕大多數產品都是在中國制造的。”Charles Dachs表示,恩智浦在中國擁有所有的創新要素,配備了包括硬件設計、軟件開發、系統工程、客戶支持和銷售市場在內的完整團隊體系,有超過200款產品在中國定義、研發、執行并交付,且仍在持續增長。
他為媒體展示了幾個出自恩智浦中國團隊之手的案例:
- AI/ML+電機控制,賦能電動工具。MCX N MCU集成AI/ML功能,賦能電動工具應用;eIQ工具包幫助用戶提高訓練和驗證數據集的效率,輕松構建客戶自有的AI/ML模型;單一芯片解決方案,實現AI/ML賦能的自動停止功能和電機控制
- 電源轉換,賦能逆變器和儲能系統(ESS)。由于電弧故障斷路器(AFCI)在逆變器和ESS產品中使用非常廣泛,是關鍵的差異化因素。因此在該方案中,MCX N MCU提供邊緣處理能力,幫助完成檢測和保護,MCX W MCU通過低功耗藍牙將結果信息從設備(逆變器/ESS)傳輸到主中心/網關,恩智浦還提供包括硬件參考設計、軟件包和eIQ機器學習工具包的系統解決方案。
- AI/ML聲音檢測,賦能醫療行業。在醫療領域,恩智浦將AI與AL應用于呼吸機,通過聲音檢測識別病人打鼾聲,實現精準保護,i.MX RT系列與軟件方案相結合,實現二合一功能。
- AI/ML視覺檢測,賦能智慧工廠。目前,大中華區智能工廠中廣泛使用缺陷檢測,以提高效率、準確性和靈活性。恩智浦提供豐富的產品組合,滿足各種性能需求,包括:i.MX系列在邊緣實現高性能CNN視覺算法推理;Wi-Fi產品提供低延遲,及時通知控制中心生產結果;廣泛的第三方支持和EBS系統助力中小企業客戶快速評估和采納。
- 支持語音功能的智能家電。在電器領域,恩智浦推出的語音控制功能基于自主研發的VIT Speech to Intent技術,支持多語言控制,滿足全球市場需求。
- AI/ML大語言模型,賦能智能家居用戶體驗。眾所周知,大語言模型(LLM)為OEM客戶打造高質量智能家居應用體驗提供了差異化優勢,而借助本地LLM,終端用戶可以使用自然語言與各種家居設備進行交互并進行控制。恩智浦為此提供了完整的端到端解決方案,包括i.MX 95應用處理器、連接、安全AI邊緣處理和軟件,助力家庭與工廠環境做出明智決策。
當然,上述成就僅靠恩智浦自身是很難獨立完成的,強大的生態系統是其制勝的法寶。據介紹,恩智浦當前服務超過6,000家中國客戶,共同將創新推向終端市場。天津的云實驗室就是恩智浦在中國本土創新的生動案例之,依托該平臺,恩智浦的團隊、設施為客戶提供硬件和軟件環境,激發他們基于恩智浦產品的創新靈感。
化繁為簡
汽車和工業物聯網領域是恩智浦的重點發力方向。公司一半左右的業務收入來自汽車,而在工業物聯網領域,工廠自動化、醫療、樓宇和能源、智慧家庭是四大重點細分領域,與眾多頭部企業建立了深厚的合作關系。
Charles Dachs強調稱,盡管“在中國市場,我們看到了諸多與恩智浦產品和服務高度契合的機遇。”但需要承認的是,隨著產品和解決方案復雜性的大幅提升,制造產品的方式也發生了深刻的變化,恩智浦不能再僅僅聚焦于芯片和硬件層面,而是要致力于提供更多更全面的系統級解決方案,以滿足人工智能、功能安全、信息安全等方面的特定技術要求。
為此,恩智浦從下到上依次構建起了由底層軟硬件基礎、中間層特定技術創新,以及頂層系統級解決方案構建起的完整體系。從下圖中可以看到,在底層,恩智浦提供處理、模擬、電源管理、傳感器等基礎功能;在中間層,定義了信息安全、連接、AI等12個重點技術領域,并投入巨資進行研發;在頂層,恩智浦將底層處理與技術專長相結合,以更有效、更有意義的方式打造完整系統,解決客戶問題,實現創新應用。
他指出,與其他公司相比,恩智浦在創新投資水平方面獨樹一幟——不僅將大量收入用于研發,還提供了完整的參考設計、與合作伙伴共同開發的概念驗證,以及包括電路板和應用代碼示例在內的完整開發創新環境。這一切,都旨在更好地滿足客戶需求,推動創新,實現共同發展。
全面的智能邊緣產品組合
這樣的體系架構理念也體現在產品布局上。目前,從幾十兆的傳統MCU,到GHz級別的跨界處理器,再到主頻更高、復雜性更強的多核應用處理器,恩智浦產品線覆蓋了整個處理過程,可以滿足不同細分市場的多樣化需求。
軟件層面,為了適應各細分市場復雜性日益增加,對軟件需求的不斷攀升,恩智浦提供了強大的軟件開發工具,使客戶能夠輕松地在其廣泛產品系列中重用和復用軟件,有效應對軟件復雜性的挑戰。
以邊緣處理器領域的MCX系列為例,恩智浦首次通過在MCX N中集成NPU,實現了邊緣側的AI和ML處理能力,定位于高性能的高級信號處理技術;MCX A則以其高性能的智能外設成為主流和廣泛應用的處理器系列;MCX C、MCX L和MCX W則分別針對入門級低功耗應用、超低功耗應用和安全、互聯、窄帶應用進行了優化。
在跨界處理器和應用處理器領域,也推出了多款新品。其中,RT1180主要面向實時控制、TSN交換機和工業通信領域;i.MX 9系列應用處理器則集成了NPU,具備高效的AI和AL處理能力。特別是i.MX 95,其核數更多,能夠勝任高性能多媒體應用。
剛剛發布的RT700跨界處理器則是專為智能AI邊緣設備設計的,如可穿戴設備、消費醫療設備、智能家居設備和HMI平臺,它最高可搭載兩個M核、兩個DSP和一個NPU,共計5個計算內核,是在跨界MCU中實現eIQ® Neutron NPU的首款產品。與前幾代產品相比,RT700實現了70%的提升,其eIQ工具更是為客戶工程師提供了從模型開發、訓練、部署、測試到轉化的全方位支持,使開發工作變得輕松易行。
更安全、更智能的技術支柱
功能安全、連接和AI與機器學習,是12個重點技術領域中被特別強調的3個。
按照Charles的說法,“將安全性置于產品設計核心,致力于實現端到端的安全實施”,始終是恩智浦產品設計的基本原則。為此,其產品組合覆蓋了從經濟高效到高級別的全方位安全需求,通過引入真正的安全硬件區域,與競爭對手形成差異化競爭。恩智浦甚至還擁有專為處理用戶系統安全性而設計的安全MCU,以確保基礎設施免受日益頻繁的惡意軟件攻擊。
除了硬件保障安全外,提供完整的云基礎設施,允許客戶管理MCU的安全密鑰,形成了硬件+軟件+云端的綜合安全體系,也是恩智浦的競爭優勢。這意味著,從硬件到終端設備,再通過云服務,恩智浦為客戶提供了真正的信任根,實現了端到端的安全性。
量子計算加密是比較有代表性的應用實踐。考慮到量子計算對現有加密算法的挑戰,恩智浦提供的處理解決方案前瞻性的為量子計算加密做好了鋪墊,確保客戶設備和基礎設施的在未來10-15年內具備長期安全性。
除了功能安全,恩智浦還致力于擴展AI/ML功能。從32位MCU到跨界MCU,再到應用處理器,都內置了AI/ML加速器,提供多TOPS性能;完整的軟件框架eIQ幫助開發人員和客戶開發、采集、標注、訓練、測試并部署他們的模型,算力覆蓋角度也從10G到幾個T不等,可滿足各種應用場景的需求。
Charles Dachs舉例說,現在的智能洗衣機已經可以利用AI進行有效載荷管理,并管理能源效率。當衣物放入洗衣機時,它會自動稱重,并根據重量調整電機和機器的運行,從而實現低功耗。此外,隨著延遲和隱私監管的要求越來越高,更多AI/ML功能正在向邊緣遷移。恩智浦的i.MX 9系列產品能夠在邊緣運行大語言模型,無需連接到云端,使設備變得智能和自主。
在談到“連接”話題時,他表示,恩智浦不僅提供處理產品組合,還是唯一一家擁有讓客戶訪問智能連接設備所需的所有不同連接元素的公司,其Wi-Fi、藍牙、Thread、Zigbee、UWB、NFC等全面的連接方案與底層處理能力相結合,是恩智浦幫助生態系統和客戶開發其用例的關鍵之一。
“現在,我們正致力于將這些技術整合成客戶可以快速使用和實施的產品,以縮短上市時間,減少他們構建最終應用的工作量。”他說。
恩智浦FRDM(寓意“自由開發板”)開發平臺可能就是上述理念的最好載體。當MCX發布時,它就不再是單一的芯片,而是高度集成的開發板。如今,這一理念已延伸至跨界MCU與應用處理器領域。目前,恩智浦擁有超過10款FRDM開發板,覆蓋MCX N、MCX A、MCX W及MCX L系列,工程師可以非常輕松的使用并在此基礎上快速開發應用程序。
在此基礎上,恩智浦還創新性地引入了類似樂高積木的擴展模式,工程師只需簡單地將擴展模塊插入FRDM板(如圖形處理模塊),即可迅速開發出所設想的HMI應用程序。目前,這樣的應用示例已經有近100個,而且數量仍在快速增長。
同時提供的還有詳盡的示例代碼,這有助于工程師借助FRDM開發板,根據應用需求選擇合適的擴展模塊,并從豐富的應用代碼示例中挑選起點,從而大幅加速開發進程。在恩智浦構建的環境中,客戶盡享創新的自由。
結語
“中國正處于所有轉型的前沿,無論是電氣化、人工智能和機器學習,還是汽車、工業物聯網,很多引領行業發展的趨勢都發生在中國。作為全球技術創新的領導者,恩智浦正深度參與中國生態系統之中,攜手用戶共同應對來自系統復雜性的挑戰。”Charles Dachs說未來,隨著能源效率、自主系統的采用、以及實現這些變革的技術需求加速增長,恩智浦將繼續投入更多資源,不斷推出創新產品,共同推動中國數字化轉型和創新發展。