ADI深度布局边缘AI MCU,赋能AIoT新时代

据 IDC 估计，到 2025 年将有超过557亿的入网设备，其中 75%将连接到物联网（IoT）平台。联网设备数量的快速增长引起数据流持续攀升，产生海量的数据处理需求，人工智能（AI）的高效算法将会在不同方面有效克服物联网部署及应用中的挑战，IoT技术正在与AI技术发生深度融合，从而产生AIoT的概念。业内人士认为，AIoT将迎来发展的黄金十年。

然而AI技术与IoT技术的融合并不是那么简单，如果说物联网相当于人身上遍布的周围神经网络，那么AI则相当于人的大脑。要达到类似于人类的智能，设备必然需要进行大量的矩阵运算，这意味着大量的存储空间、强大的计算能力、高速的数据交互，只有部署在云端的大型服务器才能够胜任这一工作。而IoT技术由于是物与物之间的互连，多数设备需要电池供电，并且数据在物与物之间的流通并不能完全依赖于云端，因此物联网通常意味着低成本和低功耗，使得AI技术与IoT技术的融合产生了一定矛盾与困难。

边缘AI可以很好地解决这一矛盾。边缘AI技术在靠近用户本地的终端网络边缘执行AI运算，使得设备可以在本地自行做出运算与决策，而不必连接到互联网。相比于云端AI，边缘AI具备实时性好、带宽资源要求低、隐私性高等特点，特别适合物联网应用。

随着联网设备的增长，边缘AI可以在许多方面大显身手，如语音识别、人体数据分析、智能预警等。针对通信不佳的偏远地区，智能预警尤为重要，如森林火灾监测、公路铁路大坝塌方检测等应用场景，边缘AI的自主智能识别克服了传统的云端监测对网络流量的高要求，只需要设备发送的一条短信就可以快速实现报警的功能，从而避免更严重的灾害发生。

全球领先的高性能半导体公司ADI（亚德诺半导体）近日举办了一场以“激活边缘智能”为主题的媒体沟通会，ADI中国技术支持中心高级工程师辛毅介绍了ADI公司的边缘AI解决方案，并与ADI MCU产品线资深业务经理李勇一起探讨边缘AI MCU产业未开的发展趋势。

ADI边缘AI解决方案

考虑到边缘AI作为在设备本地端执行的AI，通常需要使用电池供电，因此需要在系统功耗、计算速度和设备成本之间进行很好的平衡。对此，ADI便推出了适用于边缘智能领域的MCU新品——集成边缘AI加速器的低功耗双核微控制器MAX7800X系列，可以在功耗、速度、成本三个方面达成最优的平衡，加上其小尺寸的优势，是边缘AI应用的理想产品。

ADI边缘AI微控制器技术架构（图源：ADI公司）

MAX7800X系列产品具备特殊的架构，由两个微控制器内核（ARM Cortex-M4F和RISC-V）加上一个卷积神经网络（CNN）加速器构成。这一架构针对边缘进行了高度优化，数据的加载和启动由微控制器内核负责，而AI推理由卷积神经网络加速器专门负责。这使得AI推理可以无需联网就在边缘完成，并且微控制器内核在完成加载和启动后就无需操作，功耗很低。

李勇认为，集成CNN硬件加速器在边缘AI芯片设计中将是一个技术趋势方向。集成CNN的一个重要原因就是降低功耗。通用处理器如Cortex-M7，运行速度较快，主频达到200MHz，但运行功耗较高，如果用Cortex-M7来运算CNN算法，运算时间会很长，会带来很高的功耗。集成CNN专用硬件会极大地缩短运算时间，进而降低功耗。

ADI边缘AI微控制器技术优势（图源：ADI公司）

由于独特的架构和完美的分工，与运行在低功耗微控制器上的纯软件解决方案相比，ADI的MAX7800X方案具备更高的数据吞吐量，速度提高了100倍，但是成本仅仅是FPGA或GPU解决方案的零头。相比于微控制器加上DSP的方案，ADI方案的功耗不足该方案的百分之一。

ADI边缘AI微控制器产品（图源：ADI公司）

和MAX78000相比，MAX78002有更高频率的微控制器内核、更大存储空间、更快的卷积神经网络加速器，模型维度达到MAX78000的4倍，更支持视频处理，可以看作是MAX78000的升级版。

ADI边缘AI MCU应用实例

为了缩短工程师的开发时间，和ADI的其他MCU系列产品一样，ADI针对MAX7800X系列产品也推出了许多支持资源，包括数据手册、应用笔记、评估套件、参考设计、教学视频、工具、例程，帮助用户基于MAX7800X系列进行进一步的AI研发。用户可以在ADI官网上或者GitHub上找到这些资源。

针对MAX7800X系列产品在物联网领域的应用，ADI推出了基于MAX78000参考设计——相机模组MAXREFDES178，供用户评估MAX78000执行AI推理的性能。MAXREFDES178是一个魔方的形状，尺寸仅约为4.2cm×4.5cm×4cm，便携性好，还具备摄像头、麦克风、显示屏、按钮等多个机械组件，同时内置了电池，真正实现了电池供电的边缘AI推理，支持人脸识别和语音识别的功能。

ADI边缘AI微控制器相机模组MAXREFDES178（图源：ADI公司）

ADI边缘AI微控制器产品的视觉识别应用（图源：ADI公司）

MAX7800X支持在物联网设备上实现视觉识别的功能，经过训练，MAX7800X可以正确识别人脸，从而可以用在考勤打卡、智能门锁等电池供电的物联网设备上。

ADI边缘AI微控制器产品的视觉识别应用（图源：ADI公司）

在识别物品方面，可以通过在摄像头上集成MAX78002，从而达到垃圾分类、产品分装、快递分拣的功能。

ADI低功耗MCU升级消费工业

自1995年进入中国，ADI公司MCU产品的出货量超过10亿片，由于功耗低、接口优、通讯新、评估全、开发易、安全强等六大特色，被广泛用在各行各业，在我们的身边几乎“无处不在”。

近年来，随着消费类和工业应用向高端发展，用户往往会倾向于将更多的微控制器整合到系统当中。这些微控制器包括负责应用逻辑与控制的MCU、负责传感器数据集中的MCU，以及负责蓝牙连接的MCU等。同时，系统还需要具备独立的电源管理芯片为这些MCU供电。但是，由于应用的复杂度越来越高、产品尺寸越来越小、续航要求越来越长，传统的多芯片方案往往难以满足设计需求。针对这些痛点，ADI的低功耗微控制器凭借单一芯片就集成了传统上多片微控制器才具备的功能，也内置了电源管理模块。

ADI低功耗微控制器产品应用实例（图源：ADI公司）

ADI的低功耗MCU MAX32675在用作工业流量计，可以监测各种流体，如污水、原有、自来水等，单芯片集成MCU、高精度ADC、运算放大器和专门的HART模块等功能。

MAX32672可用在光学式气体探测仪上，基于光学原理进行气体测量，具备高性能、高精度的优势，并且内置安全模块，可以对敏感信息加密。

除了工业应用，ADI的低功耗微控制器在消费类应用中也得到了广泛应用。例如MAX32650用在可穿戴智能手表, 具有1MB的Flash和3MB的RAM，可以支持较大规模的数据存储和计算，非常适合需要收集大量数据的智能手表场合。同时，MAX32650的高安全性也保证了使用者的个人隐私数据不会被泄漏。

ADI低功耗微控制器产品应用实例（图源：ADI公司）

MAX32660可用在TWS耳机中，具有小尺寸低、功耗的特点，还支持在TWS耳机上实现心率监测算法，实现耳机设备的智能化、健康设备的便携化。

此外，MAX32660还可以用在扫地机器人的激光雷达模块中；MAX32666用在可穿戴的心电T恤中，作为医疗辅助设备；MAX32680则可以用在血糖仪产品中，实现连续式血糖监测。

从功能应用上，MCU产品主要分为低功耗MCU、安全MCU、AI MCU三类。尤其2020年至今，ADI在传统MCU技术基础上开拓创新了崭新的边缘AI MCU，从而可以支持在电池供电设备中轻松实现物联网人工智能。可以看出，ADI在面对AIoT的发展已经做好了充分的准备。