MCU專(zhuān)題 | AI時(shí)代，物聯(lián)網(wǎng)端側(cè)設(shè)備用MCU市場(chǎng)挑戰(zhàn)和機(jī)會(huì)并存

在過(guò)去的幾十年里，互聯(lián)網(wǎng)引領(lǐng)了人類(lèi)生活的巨大變革，而物聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)將推動(dòng)這種變革達(dá)到一個(gè)新的高度。據(jù)IoT Analytics數(shù)據(jù)顯示，2022年活躍連接的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備已經(jīng)達(dá)到了144億，2025年將增長(zhǎng)至270億。我們已經(jīng)加速進(jìn)入物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代。而AI技術(shù)的加入，也給物聯(lián)網(wǎng)端側(cè)設(shè)備的發(fā)展帶來(lái)了不斷的技術(shù)創(chuàng)新和挑戰(zhàn)，而作為物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備中必不可少的控制與計(jì)算大腦，MCU的應(yīng)用也將迎來(lái)變革。

那應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)端側(cè)設(shè)備的MCU產(chǎn)品與通用的MCU產(chǎn)品有何不同呢？兆易創(chuàng)新MCU事業(yè)部產(chǎn)品市場(chǎng)資深經(jīng)理張衛(wèi)華認(rèn)為主要有以下四個(gè)方面：

一是低功耗方面。傳統(tǒng)的低功耗MCU主要關(guān)注低靜態(tài)待機(jī)功耗（可降低至10uA及其以下）。而物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用場(chǎng)景的多元化，對(duì)物聯(lián)網(wǎng)端側(cè)設(shè)備的MCU提出了新的需求，其中非常重要的一點(diǎn)便是動(dòng)態(tài)運(yùn)行功耗和平均運(yùn)行功耗的優(yōu)化。

二是封裝尺寸方面。在工業(yè)及傳統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域，客戶端普遍采用的通用MCU多采用LQFP等大尺寸封裝。然而，物聯(lián)網(wǎng)端側(cè)設(shè)備的緊湊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，要求主控MCU必須采用較小尺寸的封裝方案。

三是安全性方面。相較于通用領(lǐng)域，物聯(lián)網(wǎng)端側(cè)設(shè)備的安全問(wèn)題受到了更多重視。除了加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)層面的安全措施，端側(cè)設(shè)備自身的安全設(shè)計(jì)同樣不可或缺，這便要求MCU需要具備硬件加解密能力。

四是無(wú)線連接能力方面。網(wǎng)絡(luò)連接能力對(duì)物聯(lián)網(wǎng)端側(cè)設(shè)備而言是實(shí)現(xiàn)智能化、自動(dòng)化以及與用戶及其他設(shè)備和服務(wù)進(jìn)行互動(dòng)的基礎(chǔ)，這一關(guān)鍵功能可通過(guò)外接無(wú)線網(wǎng)卡模塊或者采用內(nèi)置Wi-Fi功能的MCU來(lái)實(shí)現(xiàn)。

未來(lái)，隨著邊緣AI技術(shù)的加入，應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)端側(cè)的MCU也會(huì)有著與往常不同的發(fā)展趨勢(shì)。張衛(wèi)華認(rèn)為：“在主流市場(chǎng)，TinyML on MCU趨勢(shì)方興未艾?，F(xiàn)階段，Edge AI技術(shù)已從以ARM Cortex-A核為主的SoC芯片延伸至以ARM Cortex-M核為主的MCU芯片。

與此同時(shí)，以TensorFlowLite為代表TinyML(微機(jī)器學(xué)習(xí))框架已經(jīng)成熟商用，這項(xiàng)技術(shù)使得神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法能夠輕松運(yùn)行在常見(jiàn)的主流MCU中，該技術(shù)賦能主流MCU，使得數(shù)百億的存量MCU具備了Edge AI處理能力，形成“普惠式”Edge AI解決方案。

利用TinyML技術(shù)，MCU產(chǎn)品僅需消耗數(shù)KB SRAM/數(shù)十KB Flash便可輕松處理傳感器融合數(shù)據(jù)，為工業(yè)設(shè)備異常檢測(cè)、可預(yù)測(cè)性維護(hù)等應(yīng)用場(chǎng)景賦能。即便是應(yīng)用最廣泛的智能語(yǔ)音/機(jī)器視覺(jué)等邊緣人工智能應(yīng)用，TinyML based神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法也可以在中高端MCU（100MHz工作主頻，數(shù)十KB SRAM，數(shù)百KB Flash）上流暢運(yùn)行?！?/p>

而對(duì)于更為高端的市場(chǎng)，張衛(wèi)華認(rèn)為，內(nèi)置算力硬件的Edge AI MCU與應(yīng)用處理器/SoC將逐漸形成跨界(CrossOver)競(jìng)爭(zhēng)。這些算力硬件通常包括矢量指令集擴(kuò)展CPU核（如支持ARM Helium 技術(shù)的Cortex-M55/M85,符合RVE規(guī)范的RISC-V核）和輕量級(jí)低功耗NPU。對(duì)Edge AI MCU而言，INT8 0.5TOPS已成為算力臨界值，而輕量級(jí)算力與低功耗相結(jié)合則是Edge AI MCU獲得市場(chǎng)的重要策略。

但張衛(wèi)華同時(shí)也表示：“雖然頭部MCU廠商紛紛推出了Edge AI MCU，但在除TWS耳機(jī)和智能語(yǔ)音助手之外的傳統(tǒng)MCU應(yīng)用場(chǎng)景尚未出現(xiàn)突破性的殺手級(jí)應(yīng)用。這主要是因?yàn)閮煞矫娴脑颍阂环矫?，傳統(tǒng)MCU碎片化的應(yīng)用場(chǎng)景不能為Edge AI技術(shù)提供必需的大數(shù)據(jù)支持；另一方面，傳統(tǒng)MCU開(kāi)發(fā)人員通常只擅長(zhǎng)開(kāi)發(fā)面向應(yīng)用的解決方案，而要求他們快速掌握神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法的裁剪優(yōu)化、訓(xùn)練與部署等新技術(shù)，則存在一定的難度和挑戰(zhàn)?！?/p>

對(duì)于低端的MCU市場(chǎng)，ARM 32bits MCU正迅速取代8bit/16bit MCU是一個(gè)主要趨勢(shì)，許多頭部MCU廠商也紛紛推出了高性價(jià)比M0+產(chǎn)品。

物聯(lián)網(wǎng)端側(cè)市場(chǎng)的應(yīng)用具有多樣化且越來(lái)越智能化的特點(diǎn)，他們對(duì)于MCU的需求也在不斷變化，想要在這樣多變且龐大的市場(chǎng)中占領(lǐng)一席之地，也需要MCU廠商進(jìn)行提前布局。作為國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的MCU廠商之一，兆易創(chuàng)新也已經(jīng)在這一領(lǐng)域積極部署。據(jù)張衛(wèi)華介紹，兆易創(chuàng)新主要從三個(gè)方向上對(duì)物聯(lián)網(wǎng)端側(cè)設(shè)備的MCU產(chǎn)品進(jìn)行規(guī)劃布局：

首先，在低功耗MCU產(chǎn)品線領(lǐng)域，兆易創(chuàng)新正不斷加大研發(fā)投入，以此構(gòu)建更為豐富的產(chǎn)品組合，覆蓋不同的性能和多樣性；

同時(shí)，連接是物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域重要的底層技術(shù)。在無(wú)線連接MCU產(chǎn)品線領(lǐng)域，兆易創(chuàng)新聚焦Wi-Fi、BLE等短距離連接技術(shù)，已成功量產(chǎn)Wi-Fi 4、Wi-Fi 6+BLE等芯片，未來(lái)還計(jì)劃開(kāi)發(fā)Wireless NIC芯片，使得每一顆GD32 MCU都具備無(wú)線接入能力；

并且，在Edge AI技術(shù)與軟硬件方案方面，兆易創(chuàng)新目前也正致力于探索并發(fā)掘具有潛力的Edge AI應(yīng)用需求，采用現(xiàn)有的主流MCU開(kāi)發(fā)TinyML based Edge AI Solution，解決細(xì)分行業(yè)應(yīng)用及客戶的普遍痛點(diǎn)?，F(xiàn)階段，兆易創(chuàng)新已投入多個(gè)創(chuàng)新Edge AI軟硬件解決方案的研發(fā)。

可以說(shuō)，AI技術(shù)的引入，為物聯(lián)網(wǎng)注入了智慧的‘靈魂’，但想要充分發(fā)揮這種智慧，還需底部硬件的支持，如MCU等，這對(duì)于這些廠商來(lái)說(shuō)既是一次機(jī)遇也是一次挑戰(zhàn)。