恩智浦的边缘AI进化之路

作者: 付斌

早些年，行业对于MCU与AI之间的匹配问题争议不断。而现在，在算力资源不是很丰富的MCU上跑AI已经不是什么新鲜事，尤其在TinyML出现以后，MCU厂商纷纷发力边缘AI，不断增强片上AI性能。

当原本在云端训练和生成的模型逐渐转移到边缘，无需连接云端即可完成推理，所有的行业都将被重构，我们的生活方式也将迎来巨变。比如说，只要和咖啡机说句想喝杯咖啡，它就能按照你平时习惯做一杯咖啡。或者说，和空调说一句冷了，它就会自动根据周围环境温度情况，调节空调温度和风力。

Gartner预测，未来2～5年内，具备AI功能的嵌入式产品有望成为市场主导。到2025年，75%的数据将在边缘侧进行处理。此外，ABI Research预测，2021年～2026年，具有边缘机器学习功能的设备出货量将以24.5%的平均复合增长率(CAGR)增长。这意味着MCU的AI革命已经开始打响。

恩智浦作为智能边缘设备的先驱，曾率先将NPU放在MCU中。日前，恩智浦2024高管春季分享会上，该公司分享了对于边缘AI的理解。

向边缘AI深刻转型

恩智浦与边缘AI的故事要从2018年说起。彼时，恩智浦推出eIQ（边缘智能）机器学习软件，不仅达到了工业级、车规级的可靠性、安全性和寿命要求，同时适用于任何层次水平的软件，真正实现了“机器学习人人可用”。

2022年，恩智浦全新推出的MCX产品系列一大亮点就是拥有真正的硬件的神经处理单元，也就是将NPU集成在普通的通用MCU上，帮助客户做到专用的人工智能和机器学习方面的处理。

观察行业中的普遍做法，主要是采用DSP+FPU的方式跑TinyML。而MCX N系列MCU中，除了内置NPU，同时内置DSP、FPU等加速器。这意味着，针对不同算法、不同功耗需求，恩智浦的产品都能够轻松应对。

MCX N94x MCU产品框图，图源｜恩智浦

当然，恩智浦并非只是单纯地推出了应对边缘AI行业的软件和硬件，而是包含了自己对于边缘AI的理解。

“恩智浦正面临着人工智能领域的深刻转型。”恩智浦执行副总裁兼安全连接边缘业务总经理Rafael Sotomayor表示，公司的关键目标是将最先进的AI技术融入其强大的处理器中。恩智浦的愿景是成为边缘AI行业的领导者，覆盖从低功耗、低端设备到高端设备的全产品布局。

要实现边缘AI，三大要素不可或缺：一是需要一个强大的神经处理单元（NPU），可以让在边缘运行算法得以实现；二是需要强大的连接性，因为边缘算法正通过不断的自学习和自适应，与云端保持反馈联系，从而确保AI的实时更新；三是需要强有力的安全性，特别是在算法模型为客户独有时，算法安全必须得到充分保障。

恩智浦的产品则能够满足上述三大要素。

首先，在产品方面，恩智浦提供的产品跨越的价格区间非常广，也具有广泛的能力。比如说，价格亲民的产品MCX N仅2至3美金，跨界处理器大约5、6美金，再到 20美金的微处理器。

不仅如此，恩智浦还提供从软件、工具到算法支持的全方位服务，帮助客户轻松实现AI用例。有时为了实现并提升连接性，恩智浦会和客户一起合作，比如完成人脸识别、现场检测、驾驶员疲劳监测系统等方面的开发工作。

其次，在边缘AI领域，每一个设备都需要联网，实现一对一的连接，以便通过数据收集进行持续学习和更新。在此方面，恩智浦高度重视连接性和信息安全的保障。

最后，恩智浦在信息安全领域同样表现出色，产品线涵盖从基础到高级别认证的各种信息安全产品。特别是在信用卡、护照、移动支付等高安全要求领域的应用中占据了领先地位。

那么，方案有了，如何将这些先进技术传递给数千客户呢？Rafael Sotomayor表示，恩智浦致力于提供性价比高和易用性强的产品，当整体系统都变成模块化时，客户只需像搭乐高积木一样，在其基础上添加其他电路板和所需的功能，如数控、传感等，就能完成开发工作。

边缘AI的模拟器件

如果说，算力是处理器的大脑，那么让整个系统运作起来的模拟元件就相当于全身的血管——如果没有电源，处理器便无法工作。

模拟芯片在产品的设计中无处不在，模拟芯片是连接虚拟与现实的桥梁，恩智浦作为模拟芯片的领导供应商，提供先进的电平转换器、温度传感器、LED控制器、GPIO扩展芯片、时钟芯片、电源芯片等。

那么在边缘AI侧，对模拟器件有何要求？根据Jens Hinrichsen分享，功效或低功耗是非常重要的，这不仅包括设备运行期间的功耗，也包括产品的待机功耗。此外，处理器若想感知外部的世界，将真实世界的模拟信号转换成数字，就需要传感器和模拟前端。而让处理器和外部世界连接起来，还要拥有强大的接口，使得处理器间互联。

恩智浦的模拟元器件边缘AI领域扮演着举足轻重的角色，其产品组合在性能和效率方面能够达到非常高的水平。同时，通过优化物料清单，为客户提供更具成本效益的解决方案。

恩智浦立足市场的独特优势在于拥有从连接性、处理器到模拟元器件的全面设计能力。为了实现真正意义上的系统级解决方案，恩智浦采取了联合开发处理器和模拟元件的策略。这种策略使得恩智浦能够为客户提供工程预设计、功能齐全的解决方案，大大缩短了客户的产品创新周期，帮助他们更快地进入市场。

对于中国市场，恩智浦将重点放在智能工厂、家居与楼宇、电气化三大领域，这些领域对模拟元器件的需求旺盛，为恩智浦提供了巨大的业务增长机会。此外，恩智浦还将继续为汽车行业和移动通讯基础设施领域提供解决方案，以满足不同客户的需求。

为了实现这一目标，恩智浦不断在模拟业务加大投入力度，今年以来，已有32款新产品面世。这些新产品不仅丰富了恩智浦的产品线，还进一步提升了其在工业和物联网领域的竞争力。

此外，恩智浦还强调合作协同的重要性。通过与大客户、中小客户以及整个生态系统的紧密合作，恩智浦得以将自身技术优势和创新能力转化为实际的市场价值，为客户创造更多价值。

恩智浦正在从硬变软

“恩智浦着眼于宏观趋势，也聚焦具体细分行业，如自动化工厂、医疗保健、建筑与能源、智能家居等，通过我们的技术带来更强的信息安全性、更好的连接性、更高的自动化，以及更可持续的发展。”Rafael Sotomayor如是说。

据恩智浦观察，目前行业存在三个宏观趋势：一是工厂越来越高效，自动化水平和自主性均有提高，使得可以使用更少的资源完成更多的工作；二是所有行业都在追求可持续发展，也就是更低的功耗；三是万物进入互联时代，这意味着所以联网设备都需要真正意义的信息安全。

我们所处的世界瞬息万变，这意味着客户现正在做的事情，可能会与未来有所区别。恩智浦的芯片中集成了许多技术，技术开发速度快到可能会超越客户自身所具备的技术开发能力。因此，恩智浦的关键在于如何能够将复杂的技术简单化，这也是恩智浦为客户提供的价值所在。

随着科技高速发展，客户对芯片的需求和选择方式正经历着显著变化。

过去，客户在选购芯片时，往往会先查看参数，决定是否适合完成特定工作。选定芯片后，再考虑所需软件和应用。而如今，客户更倾向于从应用层开始，自上而下地考虑至芯片底层。这是因为客户真正需要的是技术的支撑，涵盖信息安全、功能安全、人工智能、视觉、音频等多个复杂领域。

这样的背景下，恩智浦通过其产品和服务，为客户简化了技术使用的复杂性，并使得恩智浦的业务结构正在发生显著变化：十年前，恩智浦硬件业务占比高70%，软件则为30%。如今，这一比例已转变为35%的硬件和65%的软件。

“如何把技术交到每个人的手中，这是关键的问题。无论企业有多小，我们都会为其提供便于使用的产品和解决方案。这也就是我们为什么需要数模业务的协同来整合软硬件产品，以客户能够负担起的价格，以更快的方式交到客户手中。谁能把这件事情做得更好，谁就能够成为获胜者。恩智浦也希望成为那个获胜者。”Rafael Sotomayor在被问及中国市场时如是说。