MCU也開始卷了，恩智浦率先將NPU集成進(jìn)MCU

幾天前IC Insights發(fā)布了2021年MCU銷售情況，恩智浦MCU銷售額達(dá)到了37.95億美元，排名第一。其實(shí)，恩智浦不僅在MCU銷量上快速增長，在產(chǎn)品開發(fā)上也在不斷推陳出新。

2007年時，恩智浦推出了首款基于Arm集成閃存的LPC系列MCU；2010年推出了Kinetis，同年還推出了一款雙核異構(gòu)的LPC MCU；2012年推出了帶無線功能的KinetisMCU；2018年LPC系列采用了CortexM33內(nèi)核，推出了具有增強(qiáng)安全性的MCU產(chǎn)品。 今年6月15日，他們又推出了全新的MCX微控制器產(chǎn)品組合。據(jù)恩智浦大中華區(qū)工業(yè)與物聯(lián)網(wǎng)市場高級總監(jiān)金宇杰介紹，全新的MCX產(chǎn)品組合基于ArmCortex-M33內(nèi)核，包擴(kuò)四大產(chǎn)品系列：MCX N高性能系列、MCX A基準(zhǔn)系列、MCX W無線連接系列，以及MCX L超低功耗系列。

MCX產(chǎn)品特性
在金宇杰看來，MCX產(chǎn)品系列集合了LPC、Kinetis這兩個系列產(chǎn)品的優(yōu)勢，將恩智浦在以往發(fā)展中所積累的各種核心技術(shù)組合在一起，充分利用原先的平臺開發(fā)環(huán)境，并融進(jìn)了新的技術(shù)，從而形成的一個全新產(chǎn)品系列。

他同時詳細(xì)介紹了這四大系列的主要特性：
MCX N系列高性能微控制器，該系列工作運(yùn)行頻率為150到250MHz，融入了更多的外設(shè)，集成了EdgeLock安全子系統(tǒng)，且首次將NPU和DSP這兩個元素放到了MCU中。該NPU具有高效的計算架構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)實(shí)時推理。

MCX A系列基準(zhǔn)微控制器，是一款入門款MCU，其工作頻率在48至96MHz之間，內(nèi)置了定時器、低引腳數(shù)、單引腳電源，相對來說使用非常簡單，且特別針對成本受限應(yīng)用進(jìn)行了優(yōu)化。該系列MCU可為電機(jī)控制等應(yīng)用提供關(guān)鍵功能。

MCX W系列無線連接微控制器，可提供低功耗窄帶連接，包括低功耗藍(lán)牙。W系列的工作頻率在32到150MHz之間。另外也盡量高度集成一些外圍的器件，使得關(guān)聯(lián)的整個BOM減少、降低整體板級成本。該系列MCU主要用在物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備中。

MCX L系列超低功耗微控制器，其工作頻率在50到100MHz之間，力求超低的動態(tài)功耗和非常低的泄漏功耗。該系列針對具有低功耗要求的應(yīng)用做了優(yōu)化，并且集成了原來的LPC里的低功耗的技術(shù)來完成這個產(chǎn)品的設(shè)計。與傳統(tǒng)MCU相比，它可以顯著延長電池續(xù)航時間。
針對MCX N系列中集成的NPU，恩智浦邊緣處理事業(yè)部系統(tǒng)工程高級總監(jiān)王朋朋做了詳細(xì)的解讀，“我們在MCU中的CPU旁邊增加了一個NPU協(xié)處理器，該協(xié)處理器的內(nèi)部主要是擁有計算的通道，比如圖上看到的四個計算管道，每個計算管道里有四個計算單元，也就是說，這是一個4×4的計算處理單元?！?br />
重要的是，MCX N系列MCU中的NPU加速器支持基于eIQ的機(jī)器學(xué)習(xí)軟件開發(fā)環(huán)境，與恩智浦之前發(fā)布的MCU或MPU上基于CPU的開發(fā)環(huán)境和開發(fā)工具保持了一致。這為現(xiàn)有用戶和新用戶在開發(fā)時增加機(jī)器學(xué)習(xí)和智能的元素提供了便捷。

她同時透露，在MCX系列，甚至未來的跨界處理器和應(yīng)用處理器上，都會采用統(tǒng)一的架構(gòu)，會提供更高性能的NPU加速器。

對于MCX N系列MCU中集成的NPU的性能問題，王朋朋對媒體表示，該系列MCU可覆蓋從32次運(yùn)算/周期到2000次運(yùn)算/周期。當(dāng)然，由于一顆芯片的真正算力跟其主頻也密切相關(guān)，因此，恩智浦在MCX系列MCU內(nèi)放置的NPU主要針對的是MCU的應(yīng)用場景，而不是在追求特別高的算力，據(jù)她透露，目前MCX上NPU大概是幾個GOPS的性能。 MCX是恩智浦集成NPU的第一個產(chǎn)品家族，之前利用CPU來處理的事項，未來可以由NPU專門處理，從而有效提高效率。王朋朋舉例說，在NPU上進(jìn)行機(jī)器學(xué)習(xí)的運(yùn)算加速時，比如做二維卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、點(diǎn)卷積、或者深度卷積，其性能會比Cortex-M33的內(nèi)核有至少30倍以上或更高的加速。

因此，可以實(shí)現(xiàn)CPU和NPU的并行處理，即同時做到控制和外界的交互，機(jī)器學(xué)習(xí)的卷積處理本身是由NPU來完成，不占用CPU的資源。也就是說，人工智能處理和一般通用的輸入輸出控制可以并行實(shí)現(xiàn)。在一顆通用的MCU上，既實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)MCU做的事情，同時又實(shí)現(xiàn)了人工智能的運(yùn)算加速。

集成NPU的MCX系列MCU的應(yīng)用場景
談到MCX N系列MCU的落地應(yīng)用，王朋朋認(rèn)為主要應(yīng)用場景還是針對MCU現(xiàn)有的應(yīng)用場景，比如在傳統(tǒng)的控制應(yīng)用基礎(chǔ)上增加一些元素，在醫(yī)療設(shè)備、無人機(jī)，或者工業(yè)控制中加上智能識別、故障檢測、語音控制等。

由于NPU的出現(xiàn)，恩智浦也增加了很多新應(yīng)用，“在日常生活中，有客戶在做識別物體的秤，目的是為了做到把東西放在秤上就可以直接結(jié)賬；在醫(yī)學(xué)檢測中，可以應(yīng)用于檢測含瘧疾的紅細(xì)胞；在交通出行中，可以幫助智能車識別障礙，自動地做出判斷和處理等等。”王朋朋舉例說。

金宇杰則談到了在電梯中的應(yīng)用，電梯會對人數(shù)進(jìn)行一定的限制，一般在12-15個人左右?！岸髦瞧值腗CU產(chǎn)品加上NPU可以幫助智能電梯做人數(shù)統(tǒng)計，并另外對電梯本身進(jìn)行流量計算?！? 其實(shí)，MCU加上NPU后，還是有很多好處的，特別是現(xiàn)在很多應(yīng)用對邊緣的計算能力要求的提升，希望有些敏感信息在本地就能處理，不用上傳到云端。比如人臉識別門鎖、語音識別門鎖，以及包括語音識別、物體識別等在內(nèi)的各種各樣的識別裝置都有“在本地能做到很多推理”的需求。這些都是NPU的用武之地。

“以前提到好控制器的標(biāo)準(zhǔn)就是：按下按鈕就有很快的反應(yīng)，但現(xiàn)在遠(yuǎn)不止這樣，我們希望處理器本身有預(yù)知性，這就需要引入人工智能的要素?！苯鹩罱鼙硎?。

因此，相信未來會有越來越多的落地的項目會要求邊緣計算平臺擁有AI功能的支持?！拔覀兊漠a(chǎn)品對算力提供了支持的同時，也對模型進(jìn)行了優(yōu)化，尤其是嵌入式平臺的優(yōu)化。因此，恩智浦也推出了基于eIQ機(jī)器學(xué)習(xí)的軟件開發(fā)環(huán)境，支持機(jī)器學(xué)習(xí)解決方案開發(fā)，原來在大平臺里的模型，盡量精簡優(yōu)化到我們的平臺。在盡管是一些初級的NPU環(huán)境下，恩智浦也希望它能支持到更多模型的應(yīng)用。”金宇杰這么闡述恩智浦在AI方面的策略。

總結(jié)
如今的MCU跟最開始的MCU已經(jīng)大大不同了，不僅集成了更多的外圍設(shè)備，如今還將NPU也集成進(jìn)去了，讓人臉識別、物體檢測、故障檢測、識別火災(zāi)、汽車的路徑規(guī)劃等需要更高性能處理器的應(yīng)用可以下沉到MCU中去實(shí)現(xiàn)，能夠大大降低客戶的成本。這也從另一個方面說明，MCU市場也是相當(dāng)卷，為了迎合市場和客戶的需求，MCU原廠們也是奇計迭出了。