解密复杂性:将NPU 和处理单元嵌入处理器,实现创芯的自由
2024-10-18 19:05:03 Nancy,EETOP这是一个工业和物联网大变革的时代。据行业数据预估,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;到2030年,约50%的汽车将实现电气化和L2辅助驾驶,智能互联设备数量更将超过500亿台。能源效率、自主系统的采用以及实现这些变革的技术需求正在加速增长。同时,面向市场需求所要构建的产品和解决方案的复杂性也随之大幅提升。
近日,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在向包括EETOP在内的行业媒体作分享时说到:“考虑到产品的复杂性越来越高,我们已经不仅仅是聚焦在芯片和硬件的层面,我们要提供更多的解决方案,以满足人工智能、功能安全、信息安全和其他很多方面的特定技术要求。”
恩智浦有一半的业务来自汽车市场,另外一半是工业物联网,也是恩智浦重点发力的方向。聚焦目标市场,为了解决复杂性的问题,恩智浦提供了一个整体的系统级解决方案,包括软硬件底层基础、特定技术的创新和系统级解决方案。
硬件和软件基础
恩智浦专注于在边缘运行人工智能,所在做的是将 NPU 和处理单元嵌入其解决方案中。使其从硬件角度加速AI机器学习的功能,同时从软件角度,可以在产品上运行、训练和测试这些算法。软硬件底层基础,包括提供处理、模拟、电源管理、传感器功能等。恩智浦在边缘处理器领域有大量的投入,MCX、跨界处理器、i.MX 9系列应用处理器,是恩智浦接下来想重点拓展的三大系列产品。
MCX系列
MCX系列是恩智浦今年重新对MCU命名的一个系列名称,并率先推出了5个子系列,未来还会有更多的规划。
l MCX N,它是率先集成了NPU在MCU里去做边缘侧的人工智能和机器学习的处理能力,定位在高性能的高级信号处理技术。
l MCX A是高性能的智能外设,是一个主流和广泛应用的处理器系列。
l MCX C定义是一个入门级的低功耗应用,价格相对来讲也是非常有竞争力。
l MCX L是超低功耗的系列,适用于始终在线类型的应用,对需要供电或手持的设备来讲尤其适合。
l MCX W,是安全、互联、窄带微控制器,这个W就是连接的意思,将 ZigBee、Thread 和蓝牙与 MCU 功能相结合。
跨界处理器
当前,人工智能正在各个不同的应用领域全面普及。在未来,边缘计算扮演着越来越重要的角色。跨界处理器是高效能与低功耗的新选择。它介于常规的应用处理器(AP)与传统MCU之间,既能实现AP的高性能和丰富功能,同时又兼具传统MCU的易用性、低功耗、低成本的特性。在此次分享会上,恩智浦重点推出了其第一颗集成了NPU的低功耗、高性能的跨界处理器RT 700。
据介绍,RT 700一共有五个核,包含两个M核,两个DSP,一个NPU。其AI加速能力最高可达172倍,使得设备能够在本地快速处理数据,从而降低对云端计算的依赖。低功耗是另一关键技术支柱。相比 RT 500,RT 700功耗降低了30%~70%。
Charles Dachs分享说:“RT 700非常适合于去做一些边缘侧的AI和机器学习的处理,适用于可穿戴、医疗、智能家居等领域。在未来的规划中,恩智浦还将陆续推出更多的跨界处理器。”
应用处理器
MX 9系列是恩智浦基于Linux操作系统推出的应用处理器,它通过集成NPU,助力在传统嵌入式和物联网系统中实现智能功能。目前,i.MX 9系列主要包括i.MX 95、i.MX 93和i.MX 91三款产品。i.MX 91是入门级处理器,主打性价比。而i.MX 93和i.MX 95更高阶,都可以进行高效的AI和机器学习的处理能力。i.MX 93集成的是A55、M33内核和NPU,而i.MX 95集成的是A55、M33、M7等内核,以及NPU、ISP和GPU。i.MX 95相对i.MX 93来讲,可以去做更高性能的多媒体的应用。
Charles Dachs介绍说:“由于延迟和隐私监管方面的原因,越来越多的AI/ML功能将走向边缘。i.MX 9系列产品可以在边缘运行大语言模型,甚至无需连接到云端,设备可以变得智能和自主,并自行做出决策。”
特定技术的创新,至关重要
恩智浦目前定义了12个重点技术领域,包含信息安全、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。分享会上,Charles Dachs重点谈到了功能安全、连接和AI与机器学习。
全面的安全解决方案
恩智浦所做的一切都考虑到了安全性。其产品组合有针对不同安全等级需求的产品, 一直向上到最高层,甚至拥有仅处理用户系统中安全性的安全微控制器。恩智浦不仅在产品层面提供安全保证,还提供完整的云基础设施,从硬件到终端设备,通过云服务,形成硬件+软件+云端的模式,提供端到端的安全性。借助安全边缘能力,恩智浦成为首家获得Matter证书的公司。此外,恩智浦在提供的解决方案上已经充分考虑了量子计算加密,是第一家在未来产品中已经为此做好准备的公司。
Charles Dachs分享说:“恩智浦在自己的解决方案中都嵌入了安全功能,就是为了防止攻击。我们在提供的解决方案上已经充分考虑了量子计算加密,是第一家在未来产品中已经为此做好准备的公司。”据介绍,恩智浦现在跟全球(其他)两家公司一起,正在提供基于量子算法保护下的新的加密算法。这种新机制和新算法,能够在量子计算成为可能后抵御此类攻击。
扩展AI/ML功能
从32位微控制器到跨界MCU再到应用处理器,恩智浦都内置了AI/ML加速器功能,涵盖多TOPS性能。不仅从硬件集成的角度做到这一点,还提供了完整的软件框架,即eIQ。它使开发人员能够开发自己的模型,然后进行训练,部署,测试,后续去转化。
从系统架构的角度讲,eIQ提供了一个跨平台的适用性。它包括两个维度,一个是硬件组件,即NPU集成加速器;另一个是软件框架。Charles Dachs介绍:“该软件框架适用于恩智浦提供的任何解决方案,可以使用具有AI和ML功能的MCX N,也可以使用具有AI和ML功能的i.MX 95。”
广泛性的连接
Charles Dachs自豪的表示:“恩智浦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。如何将其与底层处理能力相结合,是恩智浦可以帮助生态系统及帮助客户开发其用例的关键之一。”
可堆叠、可扩展的解决方案
系统级解决方案则是将底层处理与技术板块进行聪明组合,以一种更有效也更有意义的方式打造的产品平台,包括完整的参考设计、概念验证、以及包括FRDM和软件包的完整的开发创新环境。Charles Dachs进一步说明到:“系统级解决方案用以更好地解决客户的问题,带来更好的用例,以及实现我们试图实施的应用。”
据介绍,恩智浦有10多个FRDM板,涉及MCX N、MCX A、MCX W 和MCX L产品。工程师可以非常轻松地使用它,并在其基础上开发应用程序。并且,恩智浦还提供了一种类似乐高的方法,可以将扩展插入这些FRDM板上,让工程师能够非常快速地开发他所想的特定HMI应用程序。
Charles Dachs详细介绍:“我们提供示例代码,工程师可以使用FRDM板,根据他想要实现的应用,选择他想要的任何扩展,然后选择其中一个应用代码示例作为起点,以便他可以非常快速地开发他感兴趣的应用。”因此,在恩智浦提供的环境中,客户实现了创新的自由。
当前,恩智浦处于许多此类转型的前沿阵地,而中国处于所有这些转型的前沿。Charles Dachs最后表示:“我们生活在一个非常激动人心的时代。我们谈论电气化、人工智能和机器学习,谈论我们在汽车工业物联网领域看到的许多趋势,这些趋势很多都发生在中国。我们对我们在中国能做的事情感到非常兴奋。我期待和中国市场共同发展。”