據 IDC 估計，到 2025 年將有超過557億的入網設備，其中 75%將連接到物聯網（IoT）平臺。聯網設備數量的快速增長引起數據流持續攀升，產生海量的數據處理需求，人工智能（AI）的高效算法將會在不同方面有效克服物聯網部署及應用中的挑戰，IoT技術正在與AI技術發生深度融合，從而產生AIoT的概念。業內人士認為，AIoT將迎來發展的黃金十年。
然而AI技術與IoT技術的融合并不是那么簡單，如果說物聯網相當于人身上遍布的周圍神經網絡，那么AI則相當于人的大腦。要達到類似于人類的智能，設備必然需要進行大量的矩陣運算，這意味著大量的存儲空間、強大的計算能力、高速的數據交互，只有部署在云端的大型服務器才能夠勝任這一工作。而IoT技術由于是物與物之間的互連，多數設備需要電池供電，并且數據在物與物之間的流通并不能完全依賴于云端，因此物聯網通常意味著低成本和低功耗，使得AI技術與IoT技術的融合產生了一定矛盾與困難。
邊緣AI可以很好地解決這一矛盾。邊緣AI技術在靠近用戶本地的終端網絡邊緣執行AI運算，使得設備可以在本地自行做出運算與決策，而不必連接到互聯網。相比于云端AI，邊緣AI具備實時性好、帶寬資源要求低、隱私性高等特點，特別適合物聯網應用。
隨著聯網設備的增長，邊緣AI可以在許多方面大顯身手，如語音識別、人體數據分析、智能預警等。針對通信不佳的偏遠地區，智能預警尤為重要，如森林火災監測、公路鐵路大壩塌方檢測等應用場景，邊緣AI的自主智能識別克服了傳統的云端監測對網絡流量的高要求，只需要設備發送的一條短信就可以快速實現報警的功能，從而避免更嚴重的災害發生。
全球領先的高性能半導體公司ADI（亞德諾半導體）近日舉辦了一場以“激活邊緣智能”為主題的媒體溝通會，ADI中國技術支持中心高級工程師辛毅介紹了ADI公司的邊緣AI解決方案，并與ADI MCU產品線資深業務經理李勇一起探討邊緣AI MCU產業未開的發展趨勢。
ADI邊緣AI解決方案
考慮到邊緣AI作為在設備本地端執行的AI，通常需要使用電池供電，因此需要在系統功耗、計算速度和設備成本之間進行很好的平衡。對此，ADI便推出了適用于邊緣智能領域的MCU新品——集成邊緣AI加速器的低功耗雙核微控制器MAX7800X系列，可以在功耗、速度、成本三個方面達成最優的平衡，加上其小尺寸的優勢，是邊緣AI應用的理想產品。
ADI邊緣AI微控制器技術架構（圖源：ADI公司）
MAX7800X系列產品具備特殊的架構，由兩個微控制器內核（ARM Cortex-M4F和RISC-V）加上一個卷積神經網絡（CNN）加速器構成。這一架構針對邊緣進行了高度優化，數據的加載和啟動由微控制器內核負責，而AI推理由卷積神經網絡加速器專門負責。這使得AI推理可以無需聯網就在邊緣完成，并且微控制器內核在完成加載和啟動后就無需操作，功耗很低。
李勇認為，集成CNN硬件加速器在邊緣AI芯片設計中將是一個技術趨勢方向。集成CNN的一個重要原因就是降低功耗。通用處理器如Cortex-M7，運行速度較快，主頻達到200MHz，但運行功耗較高，如果用Cortex-M7來運算CNN算法，運算時間會很長，會帶來很高的功耗。集成CNN專用硬件會極大地縮短運算時間，進而降低功耗。
ADI邊緣AI微控制器技術優勢（圖源：ADI公司）
由于獨特的架構和完美的分工，與運行在低功耗微控制器上的純軟件解決方案相比，ADI的MAX7800X方案具備更高的數據吞吐量，速度提高了100倍，但是成本僅僅是FPGA或GPU解決方案的零頭。相比于微控制器加上DSP的方案，ADI方案的功耗不足該方案的百分之一。
ADI邊緣AI微控制器產品（圖源：ADI公司）
和MAX78000相比，MAX78002有更高頻率的微控制器內核、更大存儲空間、更快的卷積神經網絡加速器，模型維度達到MAX78000的4倍，更支持視頻處理，可以看作是MAX78000的升級版。
ADI邊緣AI MCU應用實例
為了縮短工程師的開發時間，和ADI的其他MCU系列產品一樣，ADI針對MAX7800X系列產品也推出了許多支持資源，包括數據手冊、應用筆記、評估套件、參考設計、教學視頻、工具、例程，幫助用戶基于MAX7800X系列進行進一步的AI研發。用戶可以在ADI官網上或者GitHub上找到這些資源。
針對MAX7800X系列產品在物聯網領域的應用，ADI推出了基于MAX78000參考設計——相機模組MAXREFDES178，供用戶評估MAX78000執行AI推理的性能。MAXREFDES178是一個魔方的形狀，尺寸僅約為4.2cm×4.5cm×4cm，便攜性好，還具備攝像頭、麥克風、顯示屏、按鈕等多個機械組件，同時內置了電池，真正實現了電池供電的邊緣AI推理，支持人臉識別和語音識別的功能。
ADI邊緣AI微控制器相機模組MAXREFDES178（圖源：ADI公司）
ADI邊緣AI微控制器產品的視覺識別應用（圖源：ADI公司）
MAX7800X支持在物聯網設備上實現視覺識別的功能，經過訓練，MAX7800X可以正確識別人臉，從而可以用在考勤打卡、智能門鎖等電池供電的物聯網設備上。
ADI邊緣AI微控制器產品的視覺識別應用（圖源：ADI公司）
在識別物品方面，可以通過在攝像頭上集成MAX78002，從而達到垃圾分類、產品分裝、快遞分揀的功能。
ADI低功耗MCU升級消費&工業
自1995年進入中國，ADI公司MCU產品的出貨量超過10億片，由于功耗低、接口優、通訊新、評估全、開發易、安全強等六大特色，被廣泛用在各行各業，在我們的身邊幾乎“無處不在”。
近年來，隨著消費類和工業應用向高端發展，用戶往往會傾向于將更多的微控制器整合到系統當中。這些微控制器包括負責應用邏輯與控制的MCU、負責傳感器數據集中的MCU，以及負責藍牙連接的MCU等。同時，系統還需要具備獨立的電源管理芯片為這些MCU供電。但是，由于應用的復雜度越來越高、產品尺寸越來越小、續航要求越來越長，傳統的多芯片方案往往難以滿足設計需求。針對這些痛點，ADI的低功耗微控制器憑借單一芯片就集成了傳統上多片微控制器才具備的功能，也內置了電源管理模塊。
ADI低功耗微控制器產品應用實例（圖源：ADI公司）
ADI的低功耗MCU MAX32675在用作工業流量計，可以監測各種流體，如污水、原有、自來水等，單芯片集成MCU、高精度ADC、運算放大器和專門的HART模塊等功能。
MAX32672可用在光學式氣體探測儀上，基于光學原理進行氣體測量，具備高性能、高精度的優勢，并且內置安全模塊，可以對敏感信息加密。
除了工業應用，ADI的低功耗微控制器在消費類應用中也得到了廣泛應用。例如MAX32650用在可穿戴智能手表, 具有1MB的Flash和3MB的RAM，可以支持較大規模的數據存儲和計算，非常適合需要收集大量數據的智能手表場合。同時，MAX32650的高安全性也保證了使用者的個人隱私數據不會被泄漏。
ADI低功耗微控制器產品應用實例（圖源：ADI公司）
MAX32660可用在TWS耳機中，具有小尺寸低、功耗的特點，還支持在TWS耳機上實現心率監測算法，實現耳機設備的智能化、健康設備的便攜化。
此外，MAX32660還可以用在掃地機器人的激光雷達模塊中；MAX32666用在可穿戴的心電T恤中，作為醫療輔助設備；MAX32680則可以用在血糖儀產品中，實現連續式血糖監測。
從功能應用上，MCU產品主要分為低功耗MCU、安全MCU、AI MCU三類。尤其2020年至今，ADI在傳統MCU技術基礎上開拓創新了嶄新的邊緣AI MCU，從而可以支持在電池供電設備中輕松實現物聯網人工智能。可以看出，ADI在面對AIoT的發展已經做好了充分的準備。