解密復雜性：將NPU 和處理單元嵌入處理器，實現創芯的自由
2024-10-18 19:05:03 Nancy，EETOP這是一個工業和物聯網大變革的時代。據行業數據預估，到2025年，AI半導體收入將達到750億美元；到2026年，5G將覆蓋全球60%的地區；到2030年，約50%的汽車將實現電氣化和L2輔助駕駛，智能互聯設備數量更將超過500億臺。能源效率、自主系統的采用以及實現這些變革的技術需求正在加速增長。同時，面向市場需求所要構建的產品和解決方案的復雜性也隨之大幅提升。
近日，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在向包括EETOP在內的行業媒體作分享時說到：“考慮到產品的復雜性越來越高，我們已經不僅僅是聚焦在芯片和硬件的層面，我們要提供更多的解決方案，以滿足人工智能、功能安全、信息安全和其他很多方面的特定技術要求。”
恩智浦有一半的業務來自汽車市場，另外一半是工業物聯網，也是恩智浦重點發力的方向。聚焦目標市場，為了解決復雜性的問題，恩智浦提供了一個整體的系統級解決方案，包括軟硬件底層基礎、特定技術的創新和系統級解決方案。
硬件和軟件基礎
恩智浦專注于在邊緣運行人工智能，所在做的是將 NPU 和處理單元嵌入其解決方案中。使其從硬件角度加速AI機器學習的功能，同時從軟件角度，可以在產品上運行、訓練和測試這些算法。軟硬件底層基礎，包括提供處理、模擬、電源管理、傳感器功能等。恩智浦在邊緣處理器領域有大量的投入，MCX、跨界處理器、i.MX 9系列應用處理器，是恩智浦接下來想重點拓展的三大系列產品。
MCX系列
MCX系列是恩智浦今年重新對MCU命名的一個系列名稱，并率先推出了5個子系列，未來還會有更多的規劃。
l MCX N，它是率先集成了NPU在MCU里去做邊緣側的人工智能和機器學習的處理能力，定位在高性能的高級信號處理技術。
l MCX A是高性能的智能外設，是一個主流和廣泛應用的處理器系列。
l MCX C定義是一個入門級的低功耗應用，價格相對來講也是非常有競爭力。
l MCX L是超低功耗的系列，適用于始終在線類型的應用，對需要供電或手持的設備來講尤其適合。
l MCX W，是安全、互聯、窄帶微控制器，這個W就是連接的意思，將 ZigBee、Thread 和藍牙與 MCU 功能相結合。
跨界處理器
當前，人工智能正在各個不同的應用領域全面普及。在未來，邊緣計算扮演著越來越重要的角色。跨界處理器是高效能與低功耗的新選擇。它介于常規的應用處理器（AP）與傳統MCU之間，既能實現AP的高性能和豐富功能，同時又兼具傳統MCU的易用性、低功耗、低成本的特性。在此次分享會上，恩智浦重點推出了其第一顆集成了NPU的低功耗、高性能的跨界處理器RT 700。
據介紹，RT 700一共有五個核，包含兩個M核，兩個DSP，一個NPU。其AI加速能力最高可達172倍，使得設備能夠在本地快速處理數據，從而降低對云端計算的依賴。低功耗是另一關鍵技術支柱。相比 RT 500，RT 700功耗降低了30%~70%。
Charles Dachs分享說：“RT 700非常適合于去做一些邊緣側的AI和機器學習的處理，適用于可穿戴、醫療、智能家居等領域。在未來的規劃中，恩智浦還將陸續推出更多的跨界處理器。”
應用處理器
MX 9系列是恩智浦基于Linux操作系統推出的應用處理器，它通過集成NPU，助力在傳統嵌入式和物聯網系統中實現智能功能。目前，i.MX 9系列主要包括i.MX 95、i.MX 93和i.MX 91三款產品。i.MX 91是入門級處理器，主打性價比。而i.MX 93和i.MX 95更高階，都可以進行高效的AI和機器學習的處理能力。i.MX 93集成的是A55、M33內核和NPU，而i.MX 95集成的是A55、M33、M7等內核，以及NPU、ISP和GPU。i.MX 95相對i.MX 93來講，可以去做更高性能的多媒體的應用。
Charles Dachs介紹說：“由于延遲和隱私監管方面的原因，越來越多的AI/ML功能將走向邊緣。i.MX 9系列產品可以在邊緣運行大語言模型，甚至無需連接到云端，設備可以變得智能和自主，并自行做出決策。”
特定技術的創新，至關重要
恩智浦目前定義了12個重點技術領域，包含信息安全、連接、人工智能和機器學習、圖像和顯示、觸摸、電機控制、功能安全、網絡連接、語音、視覺、能源轉換和低功耗。分享會上，Charles Dachs重點談到了功能安全、連接和AI與機器學習。
全面的安全解決方案
恩智浦所做的一切都考慮到了安全性。其產品組合有針對不同安全等級需求的產品， 一直向上到最高層，甚至擁有僅處理用戶系統中安全性的安全微控制器。恩智浦不僅在產品層面提供安全保證，還提供完整的云基礎設施，從硬件到終端設備，通過云服務，形成硬件+軟件+云端的模式，提供端到端的安全性。借助安全邊緣能力，恩智浦成為首家獲得Matter證書的公司。此外，恩智浦在提供的解決方案上已經充分考慮了量子計算加密，是第一家在未來產品中已經為此做好準備的公司。
Charles Dachs分享說：“恩智浦在自己的解決方案中都嵌入了安全功能，就是為了防止攻擊。我們在提供的解決方案上已經充分考慮了量子計算加密，是第一家在未來產品中已經為此做好準備的公司。”據介紹，恩智浦現在跟全球（其他）兩家公司一起，正在提供基于量子算法保護下的新的加密算法。這種新機制和新算法，能夠在量子計算成為可能后抵御此類攻擊。
擴展AI/ML功能
從32位微控制器到跨界MCU再到應用處理器，恩智浦都內置了AI/ML加速器功能，涵蓋多TOPS性能。不僅從硬件集成的角度做到這一點，還提供了完整的軟件框架，即eIQ。它使開發人員能夠開發自己的模型，然后進行訓練，部署，測試，后續去轉化。
從系統架構的角度講，eIQ提供了一個跨平臺的適用性。它包括兩個維度，一個是硬件組件，即NPU集成加速器；另一個是軟件框架。Charles Dachs介紹：“該軟件框架適用于恩智浦提供的任何解決方案，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。”
廣泛性的連接
Charles Dachs自豪的表示：“恩智浦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，包括Wi-Fi、藍牙、Thread、Zigbee、UWB、NFC。如何將其與底層處理能力相結合，是恩智浦可以幫助生態系統及幫助客戶開發其用例的關鍵之一。”
可堆疊、可擴展的解決方案
系統級解決方案則是將底層處理與技術板塊進行聰明組合，以一種更有效也更有意義的方式打造的產品平臺，包括完整的參考設計、概念驗證、以及包括FRDM和軟件包的完整的開發創新環境。Charles Dachs進一步說明到：“系統級解決方案用以更好地解決客戶的問題，帶來更好的用例，以及實現我們試圖實施的應用。”
據介紹，恩智浦有10多個FRDM板，涉及MCX N、MCX A、MCX W 和MCX L產品。工程師可以非常輕松地使用它，并在其基礎上開發應用程序。并且，恩智浦還提供了一種類似樂高的方法，可以將擴展插入這些FRDM板上，讓工程師能夠非常快速地開發他所想的特定HMI應用程序。
Charles Dachs詳細介紹：“我們提供示例代碼，工程師可以使用FRDM板，根據他想要實現的應用，選擇他想要的任何擴展，然后選擇其中一個應用代碼示例作為起點，以便他可以非常快速地開發他感興趣的應用。”因此，在恩智浦提供的環境中，客戶實現了創新的自由。
當前，恩智浦處于許多此類轉型的前沿陣地，而中國處于所有這些轉型的前沿。Charles Dachs最后表示：“我們生活在一個非常激動人心的時代。我們談論電氣化、人工智能和機器學習，談論我們在汽車工業物聯網領域看到的許多趨勢，這些趨勢很多都發生在中國。我們對我們在中國能做的事情感到非常興奮。我期待和中國市場共同發展。”
