電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（文/吳子鵬）根據(jù)Yole的研究報告顯示，2023年全球MCU市場規(guī)模約282億美元，預(yù)計至2028年將以5.5%的年復(fù)合增速達(dá)到388億美元。在MCU市場規(guī)模穩(wěn)健增長的過程里，邊緣AI是一個重要的市場，Gartner的預(yù)測數(shù)據(jù)指出，到2026年，全球80%的企業(yè)將在其業(yè)務(wù)中引入生成式AI。也就是說，邊緣AI不僅市場規(guī)模在快速增長，同時AI的水平也在日益提升，這對作為系統(tǒng)核心的MCU提出了更高的要求。

目前，“MCU+AI”已經(jīng)成為MCU大廠布局的重點，為了讓MCU具備更加強大的實力，同時也為了讓工程師基于MCU更容易開發(fā)AI應(yīng)用，廠商從軟硬件方面進(jìn)行了多維度的布局。

瑞薩電子：Arm Helium技術(shù)+Reality AI Explorer Tier

對于瑞薩電子在“MCU+AI”方向上的布局，我們已經(jīng)進(jìn)行過很多次的報道，其中比較有代表性的是瑞薩電子對于Arm Helium技術(shù)的利用，以及Reality AI Explorer Tier工具的推出。

目前，支持Arm Helium技術(shù)的核心主要是Arm Cortex-M52、Arm Cortex-M55和Arm Cortex-M85內(nèi)核，后者的性能更高。目前，在Arm Cortex-M85內(nèi)核的使用上，瑞薩電子已經(jīng)推出了多款產(chǎn)品，包括RA8D1、RA8M1、RA8E1、RA8E2和RA8T1。

2019年，Arm公司推出了適用于Armv8?M架構(gòu)的Arm Cortex-M矢量擴(kuò)展技術(shù) (MVE)——Arm Helium技術(shù)，作為Cortex-M處理器系列的矢量擴(kuò)充方案，大幅度提升了小型、嵌入式設(shè)備的機器學(xué)習(xí)和數(shù)字信號處理能力。從具體數(shù)據(jù)來看，Helium可使信號處理性能提升5倍，ML性能提升15倍，為AI在小型低功耗設(shè)備上的普及奠定基礎(chǔ)。

在軟件工具上，Reality AI在整個行業(yè)里都是極具代表性的，這款工具允許工程師基于高級信號處理生成和構(gòu)建TinyML和Edge AI模型。用戶可以自動瀏覽傳感器數(shù)據(jù)并生成優(yōu)化模型。Reality AI工具包含用于查找最佳傳感器或傳感器組合、傳感器放置位置和自動生成組件規(guī)格的分析，并包括時域、頻域方面完全可解釋的模型函數(shù)，以及用于Arm Cortex M/A/R實現(xiàn)的優(yōu)化代碼。

Reality AI Explorer Tier則是Reality AI Tools軟件的免費版本，幾乎包含了Reality AI Tools的全部功能，包括自動化AI模型構(gòu)建、驗證和部署模塊。

意法半導(dǎo)體：免費工具，MCU和MPU雙軌并行

意法半導(dǎo)體（ST）在AI工具方面提供了豐富的資源，既有自動機器學(xué)習(xí)工具NanoEdge AI Studio，也有適用于STM32 MCU的模型優(yōu)化器STM32Cube.AI，還有ST Edge AI Developer Cloud和面向OpenSTLinux的AI框架等。

其中，STM32Cube.AI可用來在任意STM32 MCU上，對采用最流行AI框架訓(xùn)練的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行優(yōu)化和部署。該工具可通過STM32CubeMX環(huán)境中的圖形界面以及通過命令行來使用。該工具現(xiàn)在也可以通過意法半導(dǎo)體邊緣AI開發(fā)者云在線使用。工程師可以在STM32 Model Zoo找到適用的邊緣AI模型，然后這些模型經(jīng)過優(yōu)化后可運行在STM32 MCU上。

而ST Edge AI Developer Cloud是在ST設(shè)備上開發(fā)AI的免費在線服務(wù)，提供創(chuàng)建、優(yōu)化和基準(zhǔn)測試工具。它利用ST Edge AI Core技術(shù)，支持兼容設(shè)備上的AI硬件加速（NPU）。

目前，ST提供超過50個邊緣AI案例研究，面向交通運輸、農(nóng)業(yè)、可穿戴和家電等領(lǐng)域。在硬件平臺方面，工程師可以選擇STM32 MCU，更高性能的AI需求也可以使用意法半導(dǎo)體的MPU。

恩智浦：MCU+NPU以及eIQ

恩智浦針對“MCU+AI”也提供了豐富的產(chǎn)品，比如集成NPU的MCU——MCX N系列。MCX N系列高度集成的Arm Cortex-M33微控制器旨在實現(xiàn)高性能和低功耗。MCX N系列配備智能外設(shè)和片上加速器，可提供多任務(wù)功能和高能效。部分MCX N系列產(chǎn)品包含恩智浦面向機器學(xué)習(xí)應(yīng)用的eIQ Neutron神經(jīng)處理單元（NPU）。eIQ Neutron神經(jīng)處理單元支持多種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，如CNN、RNN、TCN和Transformer網(wǎng)絡(luò)等。

eIQ不僅是NPU，也是恩智浦推出的一款機器學(xué)習(xí)軟件。恩智浦eIQ機器學(xué)習(xí)（ML）軟件包括eIQ Portal、eIQ Model Tool、eIQ Command-line Tools三個重要組件，開發(fā)環(huán)境支持在恩智浦EdgeVerse微控制器和微處理器（包括i.MX RT跨界MCU和i.MX系列應(yīng)用處理器）上使用ML算法。eIQ ML軟件包括稱為eIQ Toolkit的ML工作流工具以及推理引擎、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)編譯器和優(yōu)化庫。該軟件利用開源的專有技術(shù)，并完全集成到恩智浦MCUXpresso軟件開發(fā)套件和Yocto開發(fā)環(huán)境中，使工程師可以輕松開發(fā)完整的系統(tǒng)級應(yīng)用。

今年3月份，恩智浦與英偉達(dá)宣布達(dá)成合作，將英偉達(dá)的AI模型運用到恩智浦邊緣處理設(shè)備當(dāng)中。這項合作將讓開發(fā)者借助Nvidia TAO工具包，無縫地將其集成進(jìn)NXP的eIQ機器學(xué)習(xí)開發(fā)環(huán)境，共同推動AI的加速發(fā)展。據(jù)悉，恩智浦是首個直接內(nèi)置Nvidia TAO API于AI產(chǎn)品的半導(dǎo)體廠商。

英飛凌：Arm Helium技術(shù)、NPU和PSoC 6 AI

英飛凌在硬件上的布局是Arm Helium技術(shù)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（NN）加速器共用。在今年的2024年科技日上，英飛凌推出了PSOC Edge系列，該系列產(chǎn)品的設(shè)計針對機器學(xué)習(xí)（ML）應(yīng)用進(jìn)行了優(yōu)化，專為下一代響應(yīng)式計算和控制應(yīng)用程序而設(shè)計，具有硬件輔助機器學(xué)習(xí) (ML) 加速功能。

據(jù)介紹，英飛凌PSOC Edge系列MCU基于高性能 Arm Cortex-M55內(nèi)核打造，包括與 Arm Ethos-U55和 Cortex-M33配對的Helium DSP支持，以及英飛凌的超低網(wǎng)絡(luò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)加速器。英飛凌PSOC Edge系列MCU包含E81、E83 和 E84三個系列，在性能、功能和內(nèi)存選項方面具有可擴(kuò)展性和兼容性。其中，E81采用Arm Helium DSP技術(shù)和英飛凌NNLite神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（NN）加速器；E83和E84內(nèi)置Arm Ethos-U55微型NPU處理器，與現(xiàn)有的Cortex-M系統(tǒng)相比，其機器學(xué)習(xí)性能提升了480倍，并且它們支持英飛凌NNlite神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)加速器，適用于低功耗計算領(lǐng)域的機器學(xué)習(xí)應(yīng)用。

在工具方面，英飛凌在今年推出了全新的綜合評估套件PSoC 6 AI評估套件，是一款專注于邊緣AI和機器學(xué)習(xí)（ML）的硬件平臺，包括英飛凌的ModusToolbox和Imagimob Studio產(chǎn)品，用于定制邊緣ML模型和即插即用的Ready Models。PSoC 6 AI評估套件支持用戶評估英飛凌的ML平臺Imagimob Studio以及即用型ML模型和其他軟件產(chǎn)品。用戶可通過PSoC 6 MCU、雷達(dá)、聲學(xué)、壓力和IMU傳感器實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集。

國產(chǎn)MCU廠商的動作

當(dāng)前，“MCU+AI”已經(jīng)成為大勢所趨，國產(chǎn)MCU廠商同樣有所行動。比如，作為國產(chǎn)MCU的龍頭企業(yè)，兆易創(chuàng)新推出了采用600MHz Arm Cortex-M7高性能內(nèi)核的GD32H7系列，支持多種硬件加速，內(nèi)置超大可配高速存儲空間，實現(xiàn)兼具高性能和低延遲的實時控制，可用于機器學(xué)習(xí)和人工智能等應(yīng)用。

同時，兆易創(chuàng)新也在積極研發(fā)AI相關(guān)的算法。比如在今年的SNEC第十七屆（2024）國際太陽能光伏與智慧能源（上海）展覽會上，該公司推出了AI直流拉弧檢測方案，采用高性能GD32H7系列MCU，其在500K采樣率下可以支持多達(dá)12路ADC通道的拉弧檢測實時AI推理能力，算法使用深度卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，支持對1024、2048和4096采樣點的實時檢測，模型大小僅占用1.7KB的Flash空間，單次推理耗時不超過0.6毫秒，能夠?qū)χ绷骼‖F(xiàn)象即時響應(yīng)。

另外，國芯科技也在發(fā)力MCU+AI技術(shù)領(lǐng)域。三季度，國芯科技推出了支持生成式控制的端側(cè)AI MCU新產(chǎn)品CCR4001S，該芯片基于國芯科技自主RISC-V架構(gòu)C*Core CPU內(nèi)核研發(fā)，內(nèi)部配置了AI NPU，支持智能控制算法與自適應(yīng)變頻控制算法，可用于智能家電、工業(yè)控制、新能源、機器人等領(lǐng)域。

結(jié)語

未來，邊緣AI是各行業(yè)發(fā)展的大趨勢，也是AI技術(shù)落地的下一個階段，具有巨大的行業(yè)潛力。MCU雖然計算和存儲資源有限，但是在小型AI應(yīng)用上面具有獨特的優(yōu)勢，因此MCU+AI得到了國內(nèi)外廠商的廣泛關(guān)注。不過，從進(jìn)程來看，和通用MCU市場相似，在MCU+AI領(lǐng)域，國際廠商也是領(lǐng)跑者，國產(chǎn)MCU廠商則是追趕者。