物聯(lián)網(wǎng)邊緣的人工智能（AIoT）正在重塑互聯(lián)設(shè)備捕獲、處理和分析數(shù)據(jù)的方式，從而在各類消費和工業(yè)應(yīng)用中實現(xiàn)更高效的結(jié)果。與依賴于云端服務(wù)器的AI不同，AIoT將智能移近數(shù)據(jù)源，實現(xiàn)實時、原位決策，同時增強隱私保護并降低能耗。

挑戰(zhàn)與解決方案

盡管前景廣闊，物聯(lián)網(wǎng)邊緣的AI仍面臨重大挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)AI模型計算密集，需要大量內(nèi)存和電源，而資源受限的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備通常由電池供電且處理能力有限。為應(yīng)對這些挑戰(zhàn)，設(shè)計人員需開發(fā)高度優(yōu)化的輕量級神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，如TinyML，使其能在微控制器、微處理器及其他低功耗硬件上高效運行，而不犧牲性能或精度。

TinyML助力實時分析

通過在本地傳感器中嵌入機器學(xué)習(xí)（ML）模型，AIoT減少了對云服務(wù)器的依賴，實現(xiàn)了即時響應(yīng)和更高的安全性。例如，在工廠設(shè)備中嵌入預(yù)測性維護功能，無需等待云分析即可檢測異常或故障；智能家居設(shè)備則可以通過AI增強的語音接口執(zhí)行即時關(guān)鍵字識別和自然語言理解，無需發(fā)送敏感音頻數(shù)據(jù)至云端。

數(shù)據(jù)中心AI推理建模注重強大的并行處理器以訓(xùn)練大型語言模型（LLM），而邊緣AIoT則需最大限度減少內(nèi)存需求和計算開銷，使電池供電的物聯(lián)網(wǎng)端點的實時分析變得可行。此外，TinyML推理建模支持多模態(tài)應(yīng)用，結(jié)合語音、視覺和傳感器數(shù)據(jù)，用于環(huán)境監(jiān)測和自主導(dǎo)航等高級用例。

瑞薩電子推出新型MCU和MPU

為了更好地服務(wù)于邊緣AIoT應(yīng)用，瑞薩電子近期擴展了其處理器產(chǎn)品組合，推出了新的高性能、低功耗MCU和MPU，這些器件集成了專為AI計算構(gòu)建的神經(jīng)處理單元（NPU）。

RA8P1 MCU專為語音和視覺邊緣AI應(yīng)用設(shè)計，具有雙Arm?內(nèi)核（1GHz Cortex-M85?和250MHz Cortex-M33），以及可提供高達256GOPS AI性能的Arm Ethos-U55? NPU。該MCU還支持Arm TrustZone?安全執(zhí)行環(huán)境、硬件信任根、安全啟動和高級加密引擎，確保關(guān)鍵邊緣應(yīng)用的安全部署。

RZ/G3E MPU結(jié)合了四核Arm Cortex-A55 CPU、Cortex-M33和高級顯卡，嵌入了Arm Ethos-U55 NPU，提供高達512GOPS的AI性能，減輕主CPU負(fù)擔(dān)，適用于圖像分類、語音識別和異常檢測等任務(wù)。

Arm NPU：功率與性能的理想平衡

Arm Ethos-U55 NPU支持ResNet、DS-CNN和MobileNet等流行神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，相比僅使用CPU處理，推理速度提高了35倍。Ethos-U55以毫瓦級功率提供硬件加速推理，非常適合物聯(lián)網(wǎng)邊緣設(shè)備。它還支持壓縮和量化神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，減少內(nèi)存和計算開銷，實現(xiàn)實時、本地化的AI處理。

開發(fā)工具簡化AI邊緣部署

瑞薩電子的e2 studio集成開發(fā)環(huán)境結(jié)合了RUHMI框架，加速邊緣AIoT設(shè)計。RUHMI支持TensorFlow? Lite、PyTorch?和ONNX等領(lǐng)先的ML格式，使開發(fā)人員能夠?qū)牒蛢?yōu)化預(yù)訓(xùn)練模型，以實現(xiàn)高性能、低功耗的邊緣AI部署。RUHMI框架簡化了圖像和音頻數(shù)據(jù)的預(yù)處理，并在NPU上執(zhí)行推理及結(jié)果后處理。

市場前景與未來趨勢

Grand View Research報告指出，到2024年全球邊緣AI市場的銷售額將超過200億美元，預(yù)計到2030年將達到近665億美元。MCU和MPU因其低功耗、本地化處理和成本效益，越來越成為邊緣AIoT視覺和語音應(yīng)用的首選。

瑞薩電子還在開發(fā)用于視覺轉(zhuǎn)換器（ViT）網(wǎng)絡(luò)的MPU，這種深度學(xué)習(xí)模型最初為自然語言處理設(shè)計，現(xiàn)應(yīng)用于計算機視覺。與耗電的GPU不同，ViT無需冷卻風(fēng)扇即可處理高分辨率圖像和視頻。此外，瑞薩電子正在創(chuàng)建零接觸安全解決方案，如后量子密碼學(xué)（PQC），以抵御來自經(jīng)典計算機和量子計算機的攻擊，增強網(wǎng)絡(luò)安全。

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