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嵌入式系统设计如何更智能?瑞萨电子e-AI解决方案助力产品智能化

关键词:e-AI技术嵌入式系统设计 物联网市场

时间:2019-05-10 15:22:53      来源:瑞萨电子

瑞萨电子是世界十大半导体芯片供应商之一,在很多诸如移动通信、汽车电子和PC/AV等领域获得了很高的市场份额。瑞萨电子株式会社高级副总裁,瑞萨电子中国董事长真冈朋光介绍道,瑞萨电子的前身是2003年由日立制作所和三菱电机的半导体部门合并成立的瑞萨科技,到2010年,NEC电子与瑞萨科技合并成立了瑞萨电子。

随着AI与IoT技术的发展,嵌入式系统设计朝着智能、安全、节能等方向发展。对于半导体上游厂商而言,嵌入式人工智能技术成为它们研究的新方向。近日,全球领先的半导体解决方案供应商瑞萨电子株式会社在深圳召开了媒体见面会,瑞萨电子株式会社高级副总裁,瑞萨电子中国董事长真冈朋光,瑞萨电子中国产业解决方案中心高级总监徐征,瑞萨电子中国产业解决方案中心OA&ICT部部长陈建名等高层介绍了瑞萨电子在中国的未来发展战略、瑞萨电子助力物联网市场发展及瑞萨电子的嵌入式人工智能技术、动态可配置处理器技术在家居、工业等领域嵌入式系统设计中的应用方案,在提升性能的同时降低功耗,帮助客户便捷、快速开发智能物联网产品。

真冈董事长:瑞萨电子在中国的未来发展战略

瑞萨电子是世界十大半导体芯片供应商之一,在很多诸如移动通信、汽车电子和PC/AV等领域获得了很高的市场份额。瑞萨电子株式会社高级副总裁,瑞萨电子中国董事长真冈朋光介绍道,瑞萨电子的前身是2003年由日立制作所和三菱电机的半导体部门合并成立的瑞萨科技,到2010年,NEC电子与瑞萨科技合并成立了瑞萨电子。瑞萨电子的主要产品包括微控制器MCU、片上系统SoC、模拟及功率器件和混合信号产品,广泛应用于汽车、工业、家电、办公自动化、信息通信等领域。目前瑞萨电子全球销售额约为7600亿日元,全球员工约有19000人,2018年瑞萨电子全球净销售额为7574亿日元,毛利率约为45%,营业利润率约为15%。

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除了通过自主研发丰富产品线,瑞萨电子也在通过积极收购创新型企业完善自己的技术和产品。2017年,瑞萨电子收购了美国电源管理及模拟半导体制造商Intersil,2019年,瑞萨电子又完成了对模拟混合信号产品领先供应商IDT的收购,以一个更加全球化的面貌开启事业新篇章。真冈朋光表示,在收购Intersil及IDT后,瑞萨电子全面扩展其产品线,聚焦物联网及其基础设施,为客户提供全面完整的解决方案。瑞萨电子还将演示在感知、控制、云端设备与IDT产品组合的参考设计方案。从应用领域来看,汽车领域产品销售额约占总销售额的一半,工业应用约占三成,通用应用约占两成。

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汽车电子产品涵盖了车内多种不同用途,如动力总成、信息娱乐系统,高级驾驶辅助系统、新能源等。面向汽车电子的半导体产品是瑞萨电子的代表业务之一,由于多年来积累的战略性技术、高产品品质和完整解决方案,瑞萨电子的MCU以及SoC产品被广泛应用于这些领域中,并占有很高的市场份额。真冈朋光强调道,全球每一辆汽车中平均使用瑞萨电子半导体产品约十个。

除了汽车电子,瑞萨电子在通用电子领域也拥有傲人的成绩。举例来说,家电MCU全球市场中瑞萨电子产品占比约为40%,在中国市场的占有率基本也与之持平,瑞萨电子和中国多个主要家电制造商都保持着良好的合作关系。工厂自动化领域也是瑞萨电子传统优势领域,瑞萨电子已经在欧洲以及日本市场建立了坚实的业务基础。真冈朋光表示,当前中国的工厂自动化也正在加速发展,瑞萨电子会紧跟发展浪潮,助力中国的工厂自动化发展。瑞萨电子为工厂自动化推出e-AI即嵌入式人工智能解决方案,为物联网应用研发SOTB超低功耗工艺。

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在日新月异的今天,智能化世界正在快速到来。随着越来越多智能化设备的产生,我们所处的世界正在从物质世界转变为智能化数字化世界,设备端、云端、大数据、物联网相辅相成,支持着智能化世界的快速发展。而瑞萨电子也为智能化世界及物联网领域发展带来两项前沿新科技,它们是增长设备端智能的e-AI技术和支持万物互联的超低功耗技术。

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MCU是嵌入式系统的核心,而拥有高MCU市场份额的瑞萨电子在这方面也储备了丰富的技术知识与经验。真冈朋光提到,瑞萨电子正在开发中的DRP以及SOTB技术将为嵌入式系统领域提供新的附加价值。DRP动态可配置处理器技术,可灵活的随机重写电路。目前在很多应用领域中都使用AI的方案,但是许多方案中AI的应用取决于云端计算能力。由于在嵌入式系统中不具备可以随时自由连接云端的环境,在这种情况下,DRP技术能大显身手,即使不连接云端,DRP也可在独立系统中应用AI。瑞萨电子嵌入式人工智能e-AI,以此大大扩展了终端设备智能化的可能性。

普通的低功耗技术特点是运行或待机中只有一种模式下保持低功耗,而SOTB的独特性在于两种模式下都能保持低功耗。这项功能使得构建不需要电池的系统成为可能,从而可以扩展物联网连接设备以及其所在场所的范围。真冈朋光还给大家展示了几款e-AI的使用案例,包括基于RX231的手势识别解决方案、基于RX66T的电机故障检测方案和基于RZ/A2M的高速图像系识别方案。

作为全球最大的半导体消费国家之一,瑞萨电子在中国开展业务已有20个年头。真冈朋光介绍道,目前瑞萨电子中国国内员工总人数约为2800人,国内共有十个据点,分别涵盖销售、制造、以及设计等职能。在2018年12月,瑞萨电子(北京)成为中国国内首个集销售、研发和制造各职能公司同地办公的据点,也代表了瑞萨电子(中国)事业战略发展的方向。

瑞萨电子在中国开展业务始终坚持贯彻的工作方针体现在四个方面:

一、抓住成长及创新机遇,不仅瑞萨电子的直接客户,也包括客户的客户,生态产业链上的重要合作伙伴都是瑞萨电子的合作对象。

二、强化与本地生产制造商的合作。目前中国使用的半导体中高端产品大部分还是依靠进口。为了打破现状,需要加速强化中国半导体的开发生产能力,在这样的背景下,瑞萨电子非常愿意与中国本土的半导体企业通过各种合作途径共同发展。

三、中国的产业发展和国家、地方以及各行业机构的支持与推动也是密不可分的。瑞萨电子希望能够与中国政府、地方政府以及半导体业界的各位同仁及其股东携手共进。

四、更好地整合中国国内各级应用公司,更好的扎根中国、服务中国。瑞萨电子(北京)也正是在此方针下建立的首个标志性据点。

目前,瑞萨电子正在与中国客户以及产业链重要合作伙伴积极合作,以增加瑞萨电子的影响力。在汽车领域,瑞萨电子也积极与本土整车制造商合作,围绕自动驾驶及新能源汽车的开发展开,实现半导体原厂与整车制造商之间的直接对话;在物联网领域,瑞萨电子与百度和阿里巴巴也有合作。

徐征:瑞萨电子助力物联网市场发展

汽车电子、智能家居、智能城市、智慧城市、智能工厂等都是非常热门的应用,瑞萨电子推出相应的产品助力这几个行业的发展。徐征表示,中国市场有三大发展趋势。

其一为智能工厂。未来的无人化工厂,是未来驱动整个产业发展的方向。它可以避免人力资源的浪费,以及保证产品的可靠性和一致性。如今大多数的工业与汽车电子领域一线厂家的生产制造线已经大量使用智能化管理。“在智能工厂技术方面,瑞萨电子一直处于全球领先地位,”徐征指出,“中国是全球性的制造基地,但智能工厂无论是数量或是规模都处在相对较低的水平。目前我们还处在保证大批量生产的阶段,怎样通过高端技术把控高精尖产品的质量和一致性还有待于进一步增强。在这一方面,瑞萨电子希望通过分享一些全球成功的故事和案例,来带动中国制造在不久的将来尽快地追赶上世界的步伐。”

其二为智能家居。比如现代酒店,牙刷没带或者是需要点餐,一个小小的智能机器人就可以提供服务,不需要人工。机器服务员具有两大突出优势,一是提供24小时服务的便利,二是保护个人隐私。比如家电产品,不论空调、冰箱,还是洗衣机,当8至10年的设计使用寿命快要到的时候,产品将被淘汰。未来这种情况将会随着IoT与5G的发展被改变,万物互联将为家电产品带来升级换代功能的突破。在这一方面,瑞萨电子的MCU产品也准备好提供更多AI的功能。

其三为智慧城市。水/气/电表是一个城市的基础设施,可以更多地使用无人PLC控制,这也是瑞萨电子引入的新概念。不需要建立网络,通过电力线载波生成在线数据,可以节省很多人工费用,另外也可以给新增费用和未来维护带来很大好处。

徐征说道,这三个领域也是瑞萨电子未来专注的三大方向。瑞萨电子有着深厚的行业经验和自己的技术架构,希望和同行形成差异化的竞争。

如今很多人讨论人工智能,它一般分成两个层级,第一个是数据处理、数据采集;第二个是经过数据采集后建模,形成自己的固定算法,这个算法要运行在本地的MCU上,去处理实时的日常工作,这就是整个e-AI的流程。在这方面,瑞萨电子有很多成功案例,希望通过分享,将这些经验带给中国,在中国找到更多的合作伙伴,以最快的速度顺应技术发展趋势。徐征表示,瑞萨电子不单单提供给客户一颗MCU,还提供技术服务、开发工具、开发环境等,让客户的产品更快上市。

陈建名:瑞萨电子e-AI解决方案及核心技术

目前在市场上,很多的电子产品设备都增加了AI功能,但是绝大部分产品的AI学习和推理都在云端进行,这样做可能会造成时间的网络延迟、带宽的拥挤和网络安全及功率问题。陈建名表示,瑞萨电子推出的e-AI解决方案可以通过客户端学习的AI模型,把它融合到终端里的产品和设备,实现实时、安全和低功耗的终端智能化。2017年7月,瑞萨电子首次公布e-AI方案,通过瑞萨电子提供的e-AI翻译器,把客户AI模型翻译到C语言,然后在瑞萨电子RX系列MCU里进行AI的终端推理功能。2018年10月,瑞萨电子推出第二代的e-AI的方案,将瑞萨电子独有的DRP技术嵌入芯片,实现基于DRP的e-AI解决方案。除了第二代e-AI解决方案,瑞萨电子在今年第四季也会推出第三代e-AI解决方案,它配置能力更强大的 DRP AI芯片。

DRP即动态可编程处理器,客户可以按照需要和不同时间对DRP的硬件逻辑编程,实现一些并行的数据处理,DRP技术特别适用在图像处理。DRP是瑞萨电子独有的技术,在同等功耗前提下,DRP技术比目前市场上的一些单片机,MCU, CDSP或FPGA,处理能力高十倍或一百倍,在相同处理能力下,瑞萨电子的功耗比市场上处理器低很多。这个DRP AI跟瑞萨电子第二代DRP区别主要在于它在器件中额外配置AI MAC,特别适合卷积神经网络。瑞萨电子AI的MAC硬件可以实现非常的快速重叠加的计算,所以DRP AI第三代产品刚好能满足卷积神经网络应用。瑞萨电子的第四代产品Class 4 e-AI解决方案DRP AI 2在规划当中。这个产品目的是实现在终端的增量学习功能。

瑞萨电子的SOTB应用方案发展路线,基本上可以分成三个阶段。第一阶段,这个技术在今年的下半年预计会在中国市场正式发布。首要目标应用场景是一些需要经常更换电池或电池维护的应用;第二阶段,2021年左右,瑞萨电子计划会把无线技术如蓝牙嵌入进去,来扩展应用场景,包括智能家电或智能楼宇,以及个人健康产品;第三阶段,会把嵌入式AI解决方案嵌入器件里,做成一个完整的方案,应用场景会变得更多,包括农业,智能交通等。

瑞萨电子基于e-AI的3D手势识别方案充分利用瑞萨电子RX231微控制器高灵敏的静电电容式触摸检测单元、高性能浮点运算单元,客户无需编写复杂算法,仅需改写少量代码,即可实现最远达20cm非接触式、多达6种的手势控制,控制精度最高可达1mm, 可广泛运用于智能家居和工业设备的人机交互控制应用中。瑞萨电子提供手势数据录制、AI学习等完整开发工具,用户只需半日即可从零开始搭建一套e-AI代码。该方案基于开源算法,用户可重复利用已有的软件资源,并可轻松添加新手势,大幅提升了智能终端产品的可扩展性。

随着物联网社会发展,特别是中国市场对扫码支付、物流扫码、工厂自动化、智能安防等应用中海量二维码及图像数据进行实时处理的需求愈发高涨。基于瑞萨电子独有的内置动态可配置处理器模块的微处理器RZ/A2M方案可用于人脸识别、二维码识别等应用。在运行Canny边缘检测、Harris角点检测、基于Zxing的二维码识别算法时,可将图像处理速度大幅提高7-22倍。

瑞萨电子通过提供可靠的创新嵌入式设计,为客户提供专业可信的创新嵌入式设计和完整的半导体解决方案,旨在通过使用其产品的数十亿联网智能设备改善人们的工作和生活方式。

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