邊緣計(jì)算——

全新計(jì)算范式

隨著我國(guó)新能源汽車的蓬勃發(fā)展，智能駕駛的技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用落地也勢(shì)頭正盛，無(wú)人駕駛似乎已經(jīng)成為不遠(yuǎn)的未來(lái)即可實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)。對(duì)于智能駕駛來(lái)說(shuō)，車內(nèi)芯片的處理速度至關(guān)重要。當(dāng)未來(lái)主機(jī)廠收集并處理的信息越來(lái)越多的時(shí)候，網(wǎng)絡(luò)速度成為制約處理效率的一大關(guān)鍵因素。在這樣的背景下，“邊緣計(jì)算”技術(shù)順勢(shì)進(jìn)入了車企的視野。邊緣計(jì)算允許在實(shí)際收集數(shù)據(jù)的地方進(jìn)行計(jì)算，而不是在云計(jì)算設(shè)施或遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)中心中進(jìn)行。因此邊緣AI使設(shè)備能夠更快地做出更明智的決策。

騰訊研究院今年年初發(fā)布的《影響2024年的十大科技應(yīng)用趨勢(shì)》中提到，高性能計(jì)算、量子計(jì)算、云計(jì)算和邊緣計(jì)算這"四大計(jì)算“正催生全新的計(jì)算范式。

01概念的提出

降低延遲和實(shí)時(shí)分析只是邊緣計(jì)算的一部分好處，邊緣計(jì)算正在工業(yè)、汽車和消費(fèi)電子產(chǎn)品領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

數(shù)字經(jīng)濟(jì)的出現(xiàn)意味著我們比以往任何時(shí)候都更加依賴數(shù)據(jù)。

在工廠車間，通過(guò)傳感器收集振動(dòng)、溫度和濕度等關(guān)鍵生產(chǎn)信息，隨后進(jìn)行分析以制定更有針對(duì)性的維護(hù)策略。

同時(shí)，在我們的日常生活中，永遠(yuǎn)在線的社會(huì)對(duì)智能設(shè)備的依賴意味著我們時(shí)時(shí)都在產(chǎn)生并消耗數(shù)據(jù)。

云計(jì)算為這種連接的普及提供了支撐。數(shù)據(jù)被傳輸?shù)教摂M空間，并在托管設(shè)施中存儲(chǔ)和處理。這種方法提供了可擴(kuò)展性、靈活性和成本效益等多種好處。

但有一個(gè)問(wèn)題。將大量數(shù)據(jù)從多個(gè)節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)移到云端需要時(shí)間及能耗。這些“旅程”可能僅以毫秒為單位，但這種延遲可能會(huì)給某些實(shí)時(shí)應(yīng)用程序帶來(lái)問(wèn)題。因此，人們開始尋求其他數(shù)據(jù)策略。

02實(shí)際應(yīng)用

在邊緣計(jì)算中，存儲(chǔ)和處理在網(wǎng)絡(luò)的“邊緣”進(jìn)行——物理上更靠近用戶、設(shè)備和數(shù)據(jù)源。這種基礎(chǔ)設(shè)施可以減少流量延遲并實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)分析。

在一些對(duì)于時(shí)間極度敏感的應(yīng)用環(huán)境中，例如自動(dòng)駕駛汽車、病人監(jiān)護(hù)和智能城市交通系統(tǒng)，提高節(jié)點(diǎn)設(shè)備的響應(yīng)時(shí)間至關(guān)重要。

確實(shí)，邊緣計(jì)算是當(dāng)今互聯(lián)世界中數(shù)據(jù)管理的快速增長(zhǎng)解決方案。2022年全球邊緣計(jì)算市場(chǎng)價(jià)值為119.9億美元，預(yù)計(jì)到2030年將增至1395.8億美元。

根據(jù)Gartner的數(shù)據(jù)，到2025年，多達(dá)75%的企業(yè)生成數(shù)據(jù)將在傳統(tǒng)集中式數(shù)據(jù)中心或云之外創(chuàng)建和處理。如果這一預(yù)測(cè)屬實(shí)，那么可以說(shuō)邊緣計(jì)算時(shí)代將真正到來(lái)。

邊緣計(jì)算在生成數(shù)據(jù)的設(shè)備上做出超快速?zèng)Q策的能力日益增強(qiáng)，這必將為人工智能革命提供強(qiáng)大助力。現(xiàn)在，無(wú)需將數(shù)據(jù)從一個(gè)點(diǎn)轉(zhuǎn)移到另一個(gè)點(diǎn)并再次轉(zhuǎn)移回來(lái)，延遲被降至最低，從而開辟了新的用例和應(yīng)用。

03片上系統(tǒng)

實(shí)現(xiàn)這種性能的關(guān)鍵是片上系統(tǒng)（SoC）架構(gòu)。SoC不是一塊由一系列分立元件組成的大電路板，而是一種將電子系統(tǒng)的功能集成到單個(gè)芯片上的集成電路。這通常包括CPU、GPU、內(nèi)存、I/O接口、外設(shè)、網(wǎng)絡(luò)和電源管理，所有這些都包含在一個(gè)高度集成的系統(tǒng)中。

SoC在邊緣計(jì)算方面擁有巨大潛力，因?yàn)樗鼈兛梢愿叨榷ㄖ?，提供?dú)特的能效、集成、性能和安全性組合。

突然之間，設(shè)計(jì)師和工程師可以克服將AI功能集成到邊緣傳感器中的挑戰(zhàn)，將多個(gè)組件和功能集成到單個(gè)芯片中，使設(shè)備更小巧、更節(jié)能。許多邊緣AI應(yīng)用程序需要實(shí)時(shí)或低延遲處理傳感器數(shù)據(jù)，SoC為這些任務(wù)提供必要的計(jì)算能力，同時(shí)最大限度地減少數(shù)據(jù)處理延遲。這對(duì)于瞬間決策至關(guān)重要的應(yīng)用程序尤其重要。

同時(shí)，邊緣AI傳感器可以與其他設(shè)備或云服務(wù)通信，根據(jù)需要傳遞信息，并且獨(dú)立于其低延遲操作。大多數(shù)SoC提供各種連接選項(xiàng)，例如Wi-Fi、藍(lán)牙、5G和傳感器接口，以促進(jìn)無(wú)縫數(shù)據(jù)傳輸和與外部系統(tǒng)的集成。

04使用案例

那么，邊緣計(jì)算在哪里得到最廣泛的應(yīng)用？最合適的用途之一是自動(dòng)駕駛汽車——物聯(lián)網(wǎng)傳感器對(duì)車載邊緣計(jì)算有著至關(guān)重要的需求，這些傳感器可以檢測(cè)各種參數(shù)，包括道路狀況以及與其他車輛和行人的距離?；趯?shí)時(shí)數(shù)據(jù)的更快、更準(zhǔn)確的決策將推動(dòng)對(duì)更精確的導(dǎo)航和障礙物檢測(cè)的需求。

對(duì)于未來(lái)的智能交通系統(tǒng)，邊緣計(jì)算將成為車聯(lián)網(wǎng)（V2X）架構(gòu)的關(guān)鍵基礎(chǔ)技術(shù)，該架構(gòu)負(fù)責(zé)組織汽車、行人和智能城市基礎(chǔ)設(shè)施之間的通信和互動(dòng)，幫助解決通信通道之間動(dòng)態(tài)切換和低延遲的挑戰(zhàn)，從而實(shí)現(xiàn)信息在車輛之間的傳輸。維護(hù)是另一個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域，邊緣計(jì)算用于電池監(jiān)控和預(yù)測(cè)方法，傳感器實(shí)時(shí)匯總各種狀況——如果有任何不正常的模式或趨勢(shì)，則通知車主。

與此同時(shí)，對(duì)基于云的集中式數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施的依賴會(huì)顯著影響可穿戴設(shè)備的功耗和電池壽命。最好盡可能在靠近最終用戶的地方執(zhí)行AI操作——確切地說(shuō)，在他們的手腕上。借助自學(xué)習(xí)AI、訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)并允許在邊緣進(jìn)行推理，所需的處理能力會(huì)更少，可穿戴設(shè)備的電池壽命也會(huì)延長(zhǎng)。

機(jī)器人技術(shù)是另一個(gè)充滿機(jī)遇的領(lǐng)域。許多工廠已經(jīng)采用自動(dòng)化和數(shù)字化來(lái)簡(jiǎn)化操作并提高質(zhì)量和可重復(fù)性。機(jī)器人對(duì)這種轉(zhuǎn)變至關(guān)重要，因?yàn)樗鼈冏兊酶阋?、更靈活、更易于集成和更便于在車間操作?，F(xiàn)在，邊緣計(jì)算的出現(xiàn)可以進(jìn)一步提高機(jī)器人的性能。例如，基于邊緣的計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)意味著可以在攝像頭和傳感器等設(shè)備上本地執(zhí)行對(duì)象檢測(cè)，從而改善延遲并減少帶寬消耗。它還可以執(zhí)行圖像分類，支持制造生產(chǎn)線的質(zhì)量控制。它還可用于識(shí)別數(shù)據(jù)集中的任何意外事件或模式，突出顯示潛在的設(shè)備故障。

05未來(lái)展望

我們可以看出，通過(guò)SoC以及其他系統(tǒng)和組件提供的邊緣計(jì)算將在AI等先進(jìn)技術(shù)的日益普及中發(fā)揮關(guān)鍵作用。只要確保了安全性和隱私性，它的低延遲、靈活性和可擴(kuò)展性就非常適合廣泛的應(yīng)用。