從物聯(lián)網(wǎng)舊王到邊緣AI的新王，英飛凌全新PSOC Edge能否再續(xù)IoT MCU傳奇？

早年間PSoC在一眾MCU產(chǎn)品中是一份獨(dú)特的存在。作為可編程片上系統(tǒng)，PSoC有著豐富靈活的模擬和數(shù)字資源、雙核異構(gòu)的高性能架構(gòu)、以及來自CapSense和Wiced的強(qiáng)大IP，提供了出色的HMI和無線連接能力。可以說，這些特質(zhì)完美地契合并詮釋了一個(gè)真正的物聯(lián)網(wǎng)終端的計(jì)算和控制大腦應(yīng)該是什么樣的。作為PSoC系列的集大成者，PSoC6在彼時(shí)被視為是IoT MCU中的性能王者。

而來到今時(shí)今日，對(duì)于IoT MCU的技術(shù)需求不僅停留在計(jì)算、控制和連接層面上，隨著邊緣AI的下沉，如何在端側(cè)設(shè)備的功耗水平之內(nèi)，實(shí)現(xiàn)高效ML計(jì)算并提供更高等級(jí)的信息安全，成為了新IoT時(shí)代的MCU制勝的關(guān)鍵。

英飛凌為此推出了全新的PSOC產(chǎn)品平臺(tái)：PSOC Edge、PSOC Control和PSOC Connect。這是全新的PSOC產(chǎn)品平臺(tái)，和之前的PSoC家族并無直接關(guān)系。其中最新的PSOC Edge專門針對(duì)ML類工作負(fù)載進(jìn)行了架構(gòu)優(yōu)化，英飛凌旨在通過這一全新的MCU產(chǎn)品系列來塑造物聯(lián)網(wǎng)的未來。

英飛凌科技股份公司物聯(lián)網(wǎng)、計(jì)算及無線事業(yè)線執(zhí)行副總裁Sam Geha在新品發(fā)布會(huì)中提到，“要讓物聯(lián)網(wǎng)取得成功，有四個(gè)關(guān)鍵因素：生態(tài)系統(tǒng)開發(fā)、從產(chǎn)品到系統(tǒng)的創(chuàng)新、瞄準(zhǔn)廣闊的市場(chǎng)，讓更多人成為用戶并提出解決方案。對(duì)于我們來說，重點(diǎn)是微控制器、連接性和安全性，這三者的結(jié)合是取得成功的關(guān)鍵?！?

為邊緣ML而生的PSOC Edge：硬件ML加速、低功耗、更安全

顧名思義，PSOC Edge是具備HMI功能、并專門針對(duì)ML進(jìn)行優(yōu)化的MCU系列產(chǎn)品，PSOC Control則是針對(duì)電機(jī)控制和電力轉(zhuǎn)換而生的MCU系列，PSOC Connect是結(jié)合了英飛凌領(lǐng)先的無線連接能力的MCU產(chǎn)品系列。

邊緣AI為物聯(lián)網(wǎng)注入了新的活力，其關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)在于“極低延遲”和“確定性響應(yīng)”。在具備足夠ML計(jì)算能力的邊緣設(shè)備上，無需再將全部數(shù)據(jù)發(fā)送到云端進(jìn)行分析和返回，而是可以直接在本地設(shè)備上運(yùn)行并獲得即刻響應(yīng)。PSOC Edge是此類應(yīng)用的完美選擇，主要優(yōu)勢(shì)在于優(yōu)化的ML硬件加速能力、極低的功耗水平、增強(qiáng)的HMI能力以及更高的信息安全性。

PSOC Edge中設(shè)置了兩個(gè)計(jì)算子系統(tǒng)，其中高性能計(jì)算子系統(tǒng)中采用了Arm Cortex-M55內(nèi)核、Ethos-U55和與之配對(duì)的Helium DSP，提供高性能的計(jì)算和DSP硬件加速能力；而低功耗計(jì)算子系統(tǒng)中采用了Arm Cortex-M33內(nèi)核、以及來自英飛凌的名為NNLite的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)加速器，為always-on設(shè)備在極低功耗水平上提供足夠的控制和ML能力。采用這樣的異構(gòu)計(jì)算架構(gòu)，能夠針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的不同工作負(fù)載，實(shí)現(xiàn)更細(xì)粒度的系統(tǒng)功耗模式配置和多種資源調(diào)度，實(shí)現(xiàn)在各種工作狀態(tài)下的PPA進(jìn)一步優(yōu)化。

據(jù)Sam Geha介紹：PSOC Edge MCU不僅有自研的加速器（NNLite），同時(shí)也采用了Arm U55神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)加速器（NPU）。這兩個(gè)加速器的性能跟功耗也都是不一樣的，所以會(huì)方便用戶在不同的場(chǎng)景下來使用。U55的性能會(huì)更強(qiáng)。NNlite的功耗會(huì)更低，這是我們差異化的設(shè)計(jì)，所以它可以設(shè)計(jì)成“始終在線”模式下，在一些低功耗場(chǎng)景下，例如“關(guān)鍵詞喚醒”這種語音的識(shí)別場(chǎng)景都是可以用的。

通常市面上的MPU（應(yīng)用處理器）能夠提供更強(qiáng)的計(jì)算能力，但在功耗水平方面則面臨著更多的限制。而PSOC Edge是在MCU的功耗水平上達(dá)到了MPU的性能。在PSOC Edge中設(shè)計(jì)了一個(gè)“always-on”的電源域，在這其中包含了很多必備外設(shè)資源，即使在設(shè)備進(jìn)入休眠狀態(tài)仍可以極低功耗持續(xù)工作。只有當(dāng)外部特殊事件觸發(fā)時(shí)，才會(huì)喚醒更多的資源進(jìn)行工作。

在HMI方面，PSOC Edge集成了2.5D的GPU引擎和最高1024x768的MIPI顯示接口，能夠幫助客戶實(shí)現(xiàn)絢麗的交互界面設(shè)計(jì)。在信息安全方面，PSOC Edge更是毫不妥協(xié)。

結(jié)合豐富的安全產(chǎn)品經(jīng)驗(yàn)，英飛凌提供了適用于物聯(lián)網(wǎng)的安全解決方案Infineon Edge Protect，包含四個(gè)等級(jí)（EPC），分別對(duì)應(yīng)了從PSA Level1到Level 3+SE的不同安全配置。其中PSOC E84支持最高的EPC4，對(duì)應(yīng)能夠達(dá)到PSA Level4的級(jí)別。特別值得一提的是，PSA Level4也是Arm與英飛凌一同重新更新的最高安全等級(jí)?！拔覀兛梢酝ㄟ^這樣的認(rèn)證讓用戶在涉及到IoT產(chǎn)品的時(shí)候確保他們用戶的數(shù)據(jù)安全，所以這也是我們跟目前其他安全類MCU相比較大的差異。”Sam Geha補(bǔ)充道。

除了PSOC Edge之外，PSOC Control系列同樣也可以為一些傳統(tǒng)工業(yè)應(yīng)用注入ML的能力。尤其是像電機(jī)控制的用例中，可以通過機(jī)器學(xué)習(xí)來實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)性維護(hù)，減少產(chǎn)線運(yùn)維成本和停機(jī)風(fēng)險(xiǎn)。不僅是一顆專注于控制功能的MCU，PSoC Control更是一個(gè)具有完整軟件解決方案的可擴(kuò)展系列。結(jié)合英飛凌領(lǐng)先的驅(qū)動(dòng)器IC、電源開關(guān)、傳感器和模擬等相關(guān)器件，能夠?yàn)榭蛻籼峁┮徽臼降碾娫崔D(zhuǎn)換和電機(jī)控制設(shè)計(jì)服務(wù)。而PSOC Connect系列則是將英飛凌領(lǐng)先的Wi-Fi和藍(lán)牙IP與MCU將結(jié)合，提供高效可靠的無縫連接。

ML MCU制勝的關(guān)鍵：端到端的機(jī)器學(xué)習(xí)開發(fā)

AI下沉之勢(shì)會(huì)更多在邊緣側(cè)的ML應(yīng)用上體現(xiàn)，在MCU中集成NPU實(shí)現(xiàn)硬件加速能力，也已不鮮見。但此類MCU制勝的關(guān)鍵，不只是停留在硬件架構(gòu)的設(shè)計(jì)層面，更多是體現(xiàn)在軟件層面上，能否給工程師提供更好地?zé)o縫的開發(fā)流程，為他們提供足夠的資源，將模型轉(zhuǎn)換、優(yōu)化和部署在端側(cè)設(shè)備上，幫助他們真正將AI的能力發(fā)揮出來。

Sam Geha表示，他相信未來大多數(shù)產(chǎn)品都會(huì)具備機(jī)器學(xué)習(xí)的能力，因此所有的MCU廠商都會(huì)在其中集成ML的能力，而現(xiàn)在僅僅只是這段旅程的一個(gè)開始。PSOC Edge不僅具有領(lǐng)先于同類競(jìng)品的低功耗和安全特性，而且英飛凌提供了端到端的機(jī)器學(xué)習(xí)開發(fā)資源，這對(duì)于目標(biāo)工程師用戶很關(guān)鍵。同時(shí)依靠著英飛凌超級(jí)寬廣的模擬、數(shù)字等產(chǎn)品陣營，將其與MCU產(chǎn)品結(jié)合起來，幫助客戶找到關(guān)鍵應(yīng)用場(chǎng)景推動(dòng)實(shí)現(xiàn)邊緣AI的大規(guī)模落地，才是真正的意義所在。

英飛凌已經(jīng)在一年前實(shí)現(xiàn)了對(duì)于TinyML開發(fā)軟件Iamgimob的收購，并將其與自家的開發(fā)平臺(tái)ModusToolbox整合在了一起，為客戶提供無縫的端側(cè)ML開發(fā)體驗(yàn)。

據(jù)悉，Imagimob提供了端到端的機(jī)器學(xué)習(xí)開發(fā)能力，覆蓋了從數(shù)據(jù)處理與采集到模型選擇、訓(xùn)練以及最終部署到微控制器（MCU）的全過程。具體來說，Imagimob支持用戶利用其平臺(tái)在PSOC上進(jìn)行更高效快捷的機(jī)器學(xué)習(xí)應(yīng)用開發(fā)，這包括但不限于：數(shù)據(jù)處理與采集：用戶可以通過Imagimob平臺(tái)處理和采集數(shù)據(jù)，為后續(xù)的模型訓(xùn)練做準(zhǔn)備。模型選擇與訓(xùn)練：平臺(tái)提供多種機(jī)器學(xué)習(xí)模型的選擇，用戶可以根據(jù)自己的具體需求選擇最適合的模型進(jìn)行訓(xùn)練。模型部署：訓(xùn)練完成的模型可以直接部署到MCU上，使其能在設(shè)備端獨(dú)立運(yùn)行，這對(duì)于需要快速響應(yīng)或在網(wǎng)絡(luò)連接受限的環(huán)境中尤其重要。

此外，Imagimob還提供了一些預(yù)訓(xùn)練好的模型，特別是在音頻識(shí)別領(lǐng)域，如嬰兒啼哭聲和咳嗽聲的檢測(cè)，這些都是現(xiàn)成可用的模型，可以直接應(yīng)用于相關(guān)的AI項(xiàng)目中。用戶還可以根據(jù)自己的需求，使用自己的數(shù)據(jù)來訓(xùn)練個(gè)性化的模型?？傊?，Imagimob提供了一個(gè)強(qiáng)大而靈活的工具集，使得開發(fā)者能夠快速有效地開發(fā)和部署邊緣AI應(yīng)用，極大地提高了開發(fā)效率和應(yīng)用的實(shí)用性。

“對(duì)于邊緣人工智能的場(chǎng)景的應(yīng)用開發(fā)來說，很多工程師其實(shí)是遇到很多困難的，因?yàn)闆]有一套非常完善的工具鏈，所以我們意識(shí)到‘端到端工具鏈’的重要性，這也是我們收購Imagimob、整合Imagimob的一個(gè)重要原因。”Sam Geha解釋道。

簡言之，Imagimob Studio和ModusToolbox的無縫整合能夠幫助開發(fā)人員在PSOC Edge上構(gòu)建和部署機(jī)器學(xué)習(xí)模型，同時(shí)優(yōu)化能源消耗并為產(chǎn)品增添更多智能功能。對(duì)于MCU應(yīng)用工程師而言，學(xué)習(xí)AI算法、優(yōu)化模型參數(shù)、實(shí)現(xiàn)代碼轉(zhuǎn)換和部署并不應(yīng)該成為其負(fù)擔(dān)，專注于構(gòu)建差異化的產(chǎn)品特色才是其真正應(yīng)該著力的地方，而選擇PSOC Edge就能夠幫助他們實(shí)現(xiàn)這一目的。

“軟件和生態(tài)系統(tǒng)是我們產(chǎn)品的核心。這與10年或20年前不同，那時(shí)候你只需要制造芯片?，F(xiàn)在，你需要提供一個(gè)完整的解決方案，這正是今天半導(dǎo)體世界的變化?！盨am Geha分享道。

全新PSOC系列，延續(xù)IoT MCU傳奇

Edge AI將成為物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展不可或缺的技術(shù)，通過在設(shè)備本地處理數(shù)據(jù)，提高了響應(yīng)速度和操作效率，同時(shí)還增強(qiáng)了數(shù)據(jù)安全和用戶隱私保護(hù)。根據(jù)ABI Research關(guān)于TinyML市場(chǎng)的研究，預(yù)計(jì)從2023年到2028年，邊緣人工智能的市場(chǎng)將以32%的復(fù)合年增長率增長，設(shè)備數(shù)量將從10億臺(tái)增長至約41億臺(tái)，這反映了邊緣人工智能技術(shù)的巨大潛力和未來五年內(nèi)的快速發(fā)展趨勢(shì)。而全新的英飛凌PSOC Edge系列將會(huì)加速這一趨勢(shì)的發(fā)展，延續(xù)PSoC在IoT領(lǐng)域的傳奇，助力邊緣AI的在物聯(lián)網(wǎng)新時(shí)代實(shí)現(xiàn)大規(guī)模落地。