“處理器市場經(jīng)歷了幾代變化，從1999年的筆記本電腦、臺式電腦、手機、游戲機等，進(jìn)入到智能手機、云計算，這是2009年-2019年十年的主題。而從2019年-2020年開始，我們進(jìn)入了一個新的領(lǐng)域，其特征是強大的邊緣，這對安全、計算力都有很高的要求。”在恩智浦近日舉辦的i.MX應(yīng)用處理器媒體溝通會上，恩智浦大中華區(qū)工業(yè)與物聯(lián)網(wǎng)市場高級總監(jiān)金宇杰表示。
隨著5G技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和邊緣計算的發(fā)展，全球的智能互聯(lián)設(shè)備開始飛速成長。據(jù)悉，到2025年，全球智能互聯(lián)設(shè)備數(shù)量將達(dá)到500億，在未來的幾年里會翻倍增長。這個增長需要每個節(jié)點和邊緣有處理能力，也需要融入人工智能和機器學(xué)習(xí)技術(shù)。恩智浦早已看到了這個機會，從去年改組成立邊緣處理事業(yè)部就可見端倪，這是要在邊緣處理上大展拳腳了呢！
根據(jù)金宇杰的介紹，恩智浦針對邊緣技術(shù)產(chǎn)業(yè)劃分了多個層次，包括硬件部分的SoC芯片、針對不同邊緣應(yīng)用的云平臺、軟件服務(wù)以及中間件的應(yīng)用程序代碼，形成產(chǎn)業(yè)生態(tài)完整布局。
作為嵌入式控制器領(lǐng)域的領(lǐng)先供應(yīng)商，恩智浦在工業(yè)和消費電子市場都擁有深厚的根基，在8位、16位和32位平臺上擁有廣泛的MCU產(chǎn)品組合，具有領(lǐng)先的低功耗、模擬、控制和通信IP功能。恩智浦在近兩年一直加大投入，產(chǎn)業(yè)推進(jìn)非常迅速，從原來的處理工藝到現(xiàn)在的納米級工藝都在迅速推廣。
全面的邊緣處理產(chǎn)品組合，集成了安全功能
i.MX推陳出新
恩智浦推向市場的產(chǎn)品包括：高市場占有率的i.MX系列，通訊領(lǐng)域的MPU，跨界處理器、跨界的設(shè)備與技術(shù)，傳統(tǒng)的支持節(jié)點的MCU和處理器。
近日，恩智浦宣布其EdgeLock?產(chǎn)品系列新增了跨界應(yīng)用處理器，包括i.MX 8ULP、經(jīng)Microsoft Azure Sphere認(rèn)證的i.MX 8ULP-CS（云安全）系列和新一代高性能智能應(yīng)用處理器i.MX 9系列，適用于工業(yè)和物聯(lián)網(wǎng)邊緣。
8ULP是7ULP產(chǎn)品的延伸，主打超低功耗。在邊緣上，除了算力、功耗的考慮以外，現(xiàn)在越來越注重安全；并且在邊緣計算時，功耗一直是市場的痛點，都希望算力更強的同時降低能耗。因此恩智浦在8ULP上還融合了兩個新的技術(shù)：EdgeLock?安全區(qū)域和創(chuàng)新Energy Flex架構(gòu)。
另外，恩智浦還通過融入DSP提升語音處理能力，使得8ULP能夠支持手持和穿戴等便攜設(shè)備；此外，8ULP還有強大的3D、2D的圖像處理能力，整個架構(gòu)超低功耗、強計算能力可以來支持圖形、語音等安全節(jié)點的應(yīng)用芯片。
恩智浦還通過和第三方合作來加強其產(chǎn)品的技術(shù)突破性。在初始部署后使邊緣設(shè)備保持長期安全是一項挑戰(zhàn)，這需要不間斷的可信管理服務(wù)。恩智浦和Microsoft合作，通過i.MX 8ULP-CS（云安全）應(yīng)用處理器系列中的Azure Sphere芯片到云安全，將該功能提供給客戶。除了受保護(hù)的硬件，Azure Sphere還包括受保護(hù)的Azure Sphere操作系統(tǒng)、基于云的Azure Sphere安全服務(wù)以及為期十年的持續(xù)操作系統(tǒng)更新和安全改進(jìn)。
i.MX 9應(yīng)用處理器以i.MX 6和i.MX 8系列為構(gòu)建基礎(chǔ)，為智能邊緣帶來先進(jìn)的性能效率、安全性和可擴(kuò)展性。同時集成專用的神經(jīng)處理單元（NPU），用于加速機器學(xué)習(xí)應(yīng)用。另外內(nèi)置的MCU能夠幫助實時響應(yīng)，并對整個功耗進(jìn)行控制。
i.MX 9系列還標(biāo)志著恩智浦Arm Ethos U-65 microNPU的首次實現(xiàn)，這使得在廣泛的嵌入式設(shè)備中構(gòu)建高效的低成本人工智能解決方案成為可能。該產(chǎn)品線的首個系列將通過特殊低功耗優(yōu)化的16/12nm FinFET工藝技術(shù)制造。Energy Flex架構(gòu)將異構(gòu)域處理、設(shè)計技巧和工藝技術(shù)相結(jié)合，最大限度提高運行效率。
據(jù)金宇杰介紹，接下來恩智浦的很多產(chǎn)品是基于i.MX的單核到多核（如16核），去支持不同的應(yīng)用。
“恩智浦非常強調(diào)可擴(kuò)展性，我們產(chǎn)品的算力從初級到高端，讓大家能夠在應(yīng)用領(lǐng)域有更多的選擇。在芯片的選擇方面，我們擁有從比較簡單的Cortex系列到A系列，從單核到多核，以及不同種類的DSP、GPU等，所以可擴(kuò)展性是恩智浦產(chǎn)品組合一個非常大的特點。” 金宇杰指出。
EdgeLock讓安全更簡單
恩智浦在整套安全解決方案方面擁有豐富的經(jīng)驗和悠久的歷史，并以此為基礎(chǔ)推出了EdgeLock?安全區(qū)域，安全區(qū)域是i.MX 8ULP、經(jīng)Azure Sphere認(rèn)證的i.MX 8ULP-CS和i.MX 9應(yīng)用處理器中的標(biāo)準(zhǔn)集成功能，能為邊緣應(yīng)用提供更為輕松的安全性部署。
恩智浦邊緣處理事業(yè)部軟件研發(fā)總監(jiān)翁鐵成介紹，EdgeLock?安全區(qū)域是一款經(jīng)過預(yù)配置的安全子系統(tǒng)，簡化了復(fù)雜安全加密技術(shù)的實現(xiàn)，并幫助設(shè)計人員避免代價高昂的錯誤。它通過對信任根、運行時認(rèn)證、信任設(shè)置、安全啟動、密鑰管理和加密服務(wù)等關(guān)鍵安全功能的自主管理來增強對邊緣設(shè)備的保護(hù)，同時還簡化了獲得行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)安全認(rèn)證的途徑。當(dāng)最終用戶應(yīng)用運行時，EdgeLock?安全區(qū)域可智能跟蹤電源轉(zhuǎn)換，以防出現(xiàn)新的攻擊面。
Energy Flex架構(gòu)提供高效節(jié)能技術(shù)
在設(shè)計節(jié)能的邊緣系統(tǒng)時，芯片級能源優(yōu)化變得越來越重要。恩智浦Energy Flex架構(gòu)能實現(xiàn)高效節(jié)能，幫助在便攜式或插入式設(shè)備中延長電池壽命并減少能源浪費。
在i.MX 8ULP和i.MX 8ULP-CS系列中，Energy Flex架構(gòu)將異構(gòu)域處理、設(shè)計技巧和28nm FD-SOI工藝技術(shù)相結(jié)合，能源效率比前代產(chǎn)品提高了75%。這些處理器中嵌入了可編程電源管理子系統(tǒng)，該子系統(tǒng)基于恩智浦構(gòu)建的RISC-V內(nèi)核。
該子系統(tǒng)能夠管理20多種不同的電源模式配置，針對多樣化的物聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)領(lǐng)域需求提供多種選擇。如可以針對Cortex-M進(jìn)行處理，也可以針對Cortex-M+A核進(jìn)行處理，還可以加入GPU、DSP形成一個統(tǒng)一的能耗管理，從而提供出色的能源效率——從全功率到低至30微瓦。通過這種靈活的配置范圍，OEM和開發(fā)人員可以自定義特定應(yīng)用的電源配置文件，以最大限度提高能源效率。
eIQ Toolkit工具集降低AI落地門檻
除了做底層的芯片設(shè)計和參考電路板的設(shè)計，恩智浦還提供軟件支持。“該做法的目的有兩個，一是提升用戶體驗，客戶拿到我們的芯片以后能更快地針對特定應(yīng)用場景開發(fā)自己的產(chǎn)品；二是能最大化發(fā)揮芯片的能力。”翁鐵成解釋道。
針對熱門的AI和ML，恩智浦了解到客戶的痛點之一是在不同的物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境里，AI和ML如何落地到產(chǎn)品中。針對物聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)，為了實現(xiàn)在特定的場景（如物體識別、人臉識別或者是故障檢測等）將產(chǎn)品和技術(shù)快速落地，恩智浦提供了一個通用的、容易上手且能提升用戶體驗的一套工具集eIQ Toolkit，并針對工具集最大地發(fā)揮硬件的能力。
客戶擁有數(shù)據(jù)并且希望能建立想要的模型，借助這個工具集，恩智浦就可以提供很多的模型選項，可以安裝在強大的PC和服務(wù)器上，其提供的界面可以做自動化的訓(xùn)練。訓(xùn)練完以后會產(chǎn)生針對恩智浦的MCU或MPU的最適用的訓(xùn)練模型，通過工具下載到SoC上并滿足客戶的需求。
另外一些客戶，已經(jīng)有模型但不知道是否最優(yōu)，或者不知道是否最大化使用了恩智浦芯片的能力，可以使用工具BYOM（Bring Your Own Model），基于其原始模型和一部分比較有價值的數(shù)據(jù)，該工具就能訓(xùn)練出針對恩智浦芯片和平臺更優(yōu)的推理模型。
除了AI和ML，恩智浦針對廣泛的工業(yè)領(lǐng)域也提供了一些工具集，能夠讓客戶更容易打造自己的產(chǎn)品，其中包括特別針對國內(nèi)市場工業(yè)協(xié)議的支持，例如針對EtherCAT、IGH整個協(xié)議提供完整的解決方案；還有CAN總線，恩智浦針對MPU基于CANOpen也做了一套完整的支持。隨著TSN市場越來越大，工業(yè)領(lǐng)域正在向TSN轉(zhuǎn)型，恩智浦在提供的工業(yè)協(xié)議里還推出了對EtherCAT、CAN、Modbus等Over TSN的支持。
i.MX RT還有很大潛力
恩智浦自2017年11月份推出業(yè)界第一顆跨界處理器產(chǎn)品i.MX RT1050以來，i.MX RT系列取得了優(yōu)秀的市場表現(xiàn)。第二代跨界處理器產(chǎn)品i.MX RT1170將卓越的運算能力和多媒體功能與易用性和實時處理相結(jié)合，開創(chuàng)性地實現(xiàn)了業(yè)界首款GHz級別的微控制器，并且是M7+M4雙核的MCU產(chǎn)品，DMIPS數(shù)量在MCU領(lǐng)域遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了其它同類產(chǎn)品。
與此同時，恩智浦還在應(yīng)用擴(kuò)展領(lǐng)域研發(fā)了一些對應(yīng)用針對性更強的處理器。“如i.MX RT600就集成了HiFi4的DSP，增強了音頻處理；即將發(fā)布的i.MX RT500集成FUSION的DSP做了更多傳感處理，因此更適合低功耗的應(yīng)用。”恩智浦邊緣處理事業(yè)部系統(tǒng)工程總監(jiān)王朋朋介紹道。
為了配合這些強大的產(chǎn)品，更需要強大的軟件、工具或者生態(tài)系統(tǒng)的支持。恩智浦提供了核心軟件和工具，包括SDK的軟件開發(fā)包、MCU的Xpresso IDE開發(fā)環(huán)境以及常用的一些配置工具。此外，恩智浦還聯(lián)合業(yè)界的合作伙伴做了很多的工具和軟件的開發(fā)板發(fā)布和支持，其生態(tài)如今已經(jīng)非常豐富。
王朋朋重點介紹了恩智浦在軟件賦能方面的進(jìn)展，包括AI機器學(xué)習(xí)、機器視覺，語音和音頻的處理，以及圖形圖像視頻的處理技術(shù)、電機控制、操作系統(tǒng)等。
“從大致方向看，MCU能做的事情和高端的處理器沒有區(qū)別，它們采用的流程也是一致的，區(qū)別只是在采用的工具上。MCU需要采用更加適合MCU的模型或者是框架，如，MPU上可以采用Tensorflow，在MCU上就需要采用Tensorflow Lite Micro，它更加適合在MCU上做一些實時的處理，少一點的算力模型，比較適合MCU的輸入和輸出以及接口控制。同時，MCU的功耗和成本比較低，所以可以在邊緣側(cè)做一些比較適合它的AI應(yīng)用。”王朋朋分析。
在音頻上，在i.MX RT支持多個麥克風(fēng)、PDM解調(diào)以及多個低麥克音頻的輸入；RT600集成了HiFi4 DSP的處理，并且有非常多的Flex的接口和比較高精度的定時器，能配合實現(xiàn)轉(zhuǎn)換。不僅是做音頻處理，音效器上顯示當(dāng)前音量或者震動效果的功能用一顆芯片也可完成。
據(jù)王朋朋介紹，在M7內(nèi)核或HiFi4的DSP上進(jìn)行語音解碼，CPU的占用率只有百分之零點幾或者是百分之幾，可以省出很多帶寬去做其它的事情。在語音識別方面，主要依靠軟件的配合，在安靜的情況下，可以達(dá)到99%的識別率，在嘈雜的環(huán)境下也有80%的識別率。
視頻也是在i.MX RT特別增強之處，之前這在MCU上也很少見到。“例如MIPI的CSI、DSI接MIPI的顯示輸出，外加并行的LCD的接口可以支持多種色彩，可滿足24位、32位色彩的支持；多個硬件涂層可以實現(xiàn)混層、多層效果。原來在MCU上所做的界面比較簡單，但現(xiàn)在它顯示的效果卻非常酷炫，可以實現(xiàn)在手機或者其他高端顯示設(shè)備上的3D、滑動、模糊背景處理等功能。”王朋朋介紹道。
除了消費類的音頻、視頻領(lǐng)域，RT在工業(yè)和家電領(lǐng)域的電機控制方面表現(xiàn)也非常優(yōu)秀。因為它有非常多的PWM通道也有非常多的串行接口，可以支持多電機控制；同時，實時性和效率比較高，可以做更加快速的閉環(huán)電流環(huán)控制。從技術(shù)上來看，很多場合已經(jīng)可以用這一顆芯片替代原來的Arm+FPGA的架構(gòu)。
由于這顆芯片有強大的處理能力，還可以把人工智能加在里面。據(jù)悉，目前已經(jīng)有客戶使用一顆芯片同時做電機控制和異常檢測，電機出現(xiàn)異常的時候馬上可以報警或者停止其它操作。同時，因為它有網(wǎng)絡(luò)處理能力，可以做網(wǎng)絡(luò)連接的功能。
王朋朋表示，RT擁有無限可能，支持很多操作系統(tǒng)、高級語言和豐富的工具，生態(tài)也越來越完善，它能做的事情越來越多，客戶的應(yīng)用也越來越豐富。后續(xù)RT依然會往高性能發(fā)展，但同時會注重橫向發(fā)展，針對不同的應(yīng)用，會有更偏向工業(yè)應(yīng)用或者是更低功耗的穿戴設(shè)備等產(chǎn)品出現(xiàn)。“我們未來將進(jìn)一步豐富包括MCU、跨界處理器、應(yīng)用處理器在內(nèi)的產(chǎn)品組合，也希望可以與用戶共同創(chuàng)造出更多的應(yīng)用案例。”金宇杰總結(jié)道。