使用 ADI 的 MAX78002 MCU 開(kāi)發(fā)邊緣 AI 應(yīng)用

科技巨頭之間為實(shí)現(xiàn)生成式人工智能 （GenAI） 商業(yè)化而進(jìn)行的金融軍備競(jìng)賽在某種程度上掩蓋了其他重要的 AI 工作，尤其是在網(wǎng)絡(luò)邊緣，供應(yīng)商渴望 AI 應(yīng)用程序能夠在通常受有限內(nèi)存、帶寬和功率限制的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備上運(yùn)行。

Analog Devices， Inc. 的微控制器單元 （MCU） 可以通過(guò)集成的低功耗卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) （CNN） 加速器來(lái)解決邊緣處理限制，以處理電池供電設(shè)備上的 AI 推理。

GenAI 的投資主要集中在積累大量數(shù)據(jù)和處理能力上，需要大規(guī)模數(shù)據(jù)中心和大量能源，而邊緣 AI 則圍繞著通過(guò)模型在本地高效運(yùn)行數(shù)據(jù)，這些模型可以識(shí)別物體、分析醫(yī)學(xué)圖像并處理汽車攝像頭饋送以識(shí)別障礙物、行人和道路標(biāo)志，以實(shí)現(xiàn)安全駕駛應(yīng)用。

CNN 可以在邊緣處理圖像數(shù)據(jù)，檢測(cè)異常并監(jiān)控工廠車間設(shè)備的運(yùn)行狀況。它們還可以檢測(cè)農(nóng)業(yè)環(huán)境中的害蟲(chóng)和作物健康狀況，并處理來(lái)自無(wú)人機(jī)、機(jī)器人和智能相機(jī)的圖像。

針對(duì)深度 CNN 進(jìn)行了優(yōu)化

ADI 的 MAX78002 是一款超低功耗、先進(jìn)的片上系統(tǒng)，具有帶浮點(diǎn)單元 （FPU） 的 Arm Cortex-M4 處理器和基于硬件的加速器，針對(duì)深度 CNN 和需要對(duì)象識(shí)別的任務(wù)進(jìn)行了優(yōu)化。

權(quán)重（或參數(shù)）將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中的神經(jīng)元互連以控制其行為。ADI 的 CNN 引擎具有 2 MB 的權(quán)重存儲(chǔ)內(nèi)存，可支持 1、2、4 和 8 位權(quán)重，以及高達(dá) 1600 萬(wàn)個(gè)權(quán)重的復(fù)雜神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。這在邊緣設(shè)備上支持高級(jí) AI 應(yīng)用程序，并且由于 CNN 權(quán)重內(nèi)存基于 SRAM，因此可以動(dòng)態(tài)進(jìn)行模型更新。

CNN 加速器提供高達(dá) 2048 像素 x 2048 像素的可編程輸入圖像大小，使開(kāi)發(fā)人員能夠靈活地設(shè)計(jì)能夠處理高分辨率醫(yī)學(xué)成像或在資源受限的設(shè)備上處理較小輸入大小的應(yīng)用程序。

高達(dá) 128 層的可編程網(wǎng)絡(luò)深度可以平衡應(yīng)用程序的表現(xiàn)力和效率。此外，可編程的每層網(wǎng)絡(luò)通道寬度高達(dá) 1024 個(gè)通道，能夠利用更寬的通道來(lái)捕獲更豐富的功能，或使用更窄的寬度來(lái)節(jié)省內(nèi)存和計(jì)算資源。

MAX78002 支持多種高速低功耗通信接口，包括 I2S、MIPI CSI-2 串行攝像頭、并行攝像頭 （PCIF） 和 SD 3.0/SDIO 3.0/eMMC 4.51 安全數(shù)字。這使其非常適合廣泛的 AI 應(yīng)用，包括工業(yè)傳感器、過(guò)程控制、在線質(zhì)量保證視覺(jué)系統(tǒng)、便攜式醫(yī)療診斷設(shè)備、工廠機(jī)器人和無(wú)人機(jī)導(dǎo)航。

電源管理是一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題

超低功耗微控制器對(duì)于邊緣 AI 應(yīng)用至關(guān)重要，尤其是在依賴電池供電的 IoT 設(shè)備時(shí)。ADI 表示，該MAX78002在處理 AI 推理時(shí)僅消耗微焦耳的能量。

這款 AI MCU 內(nèi)置單電感多輸出 （SIMO） 開(kāi)關(guān)模式電源 （SMPS），支持 2.85 V 至 3.6 V 的電源電壓范圍，以適應(yīng)不同的電源。此外，它還支持對(duì)外部開(kāi)關(guān)的可選控制，為 CNN 提供來(lái)自外部電源的專用電源。

MAX78002 的電源管理單元 （PMU） 具有對(duì) CPU 和外圍電路配電的智能、精確控制，以支持高性能運(yùn)行和最低的功耗。

單片電源架構(gòu)支持從單節(jié)鋰電池運(yùn)行。SIMO 中的三個(gè)降壓穩(wěn)壓器輸出可進(jìn)行電壓編程，以確保最佳功耗效率。供應(yīng)商可以減少電路設(shè)計(jì)的物料清單，因?yàn)镸AX78002只需要一個(gè)電感器/電容器。

集成的動(dòng)態(tài)電壓調(diào)節(jié) （DVS） 控制器可以自適應(yīng)地調(diào)整電壓，以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)功耗的降低。使用固定的高速振蕩器和 V科雷亞電源電壓，DVS 控制器可以在最低的實(shí)際電壓下運(yùn)行 Arm 內(nèi)核，使產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員能夠平衡性能要求和功率限制。Arm 外設(shè)總線接口提供控制和狀態(tài)訪問(wèn)。

用于微控制器內(nèi)核的 2.5 MB 閃存的大容量片上系統(tǒng)存儲(chǔ)器可確保程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的非易失性存儲(chǔ)，內(nèi)部 384 KB SRAM 可在除 POWER DOWN 之外的所有電源模式下提供低功耗應(yīng)用信息保留。

促進(jìn)MAX78002應(yīng)用程序

ADI 提供 MAX78002EVKIT（圖 1）評(píng)估套件，為使用 MCU 構(gòu)建 AI 應(yīng)用提供了寶貴的資源，包括一個(gè) 2.4 英寸 TFT 顯示屏，可增強(qiáng)交互式 UI 開(kāi)發(fā)和 AI 推理過(guò)程結(jié)果的可視化。

圖 1：用于MAX78002應(yīng)用的評(píng)估套件包括一個(gè)用于交互式 UI 開(kāi)發(fā)的 2.4 英寸 TFT 顯示屏和一個(gè)用于跟蹤功耗的輔助顯示屏。（圖片來(lái)源：Analog Devices， Inc.）

使用評(píng)估板，MAX78002的能耗由功率累加器跟蹤，格式化結(jié)果顯示在輔助 TFT 顯示屏上。

該評(píng)估套件包括 USB 2.0、SWD JTAG 接頭、通過(guò) USB 的 UART 訪問(wèn)和雙行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) QWIIC 連接器，便于調(diào)試、編程和與其他器件連接。

結(jié)論

邊緣 IoT 設(shè)備的內(nèi)存、帶寬和功耗有限，是開(kāi)發(fā) AI 邊緣應(yīng)用的主要挑戰(zhàn)。ADI 的 MAX78002 MCU 為開(kāi)發(fā)具有推理功能的各種高能效 AI 應(yīng)用提供了一條清晰的路徑。借助 MAX78002EVKIT，開(kāi)發(fā)人員可以隨時(shí)訪問(wèn)用于快速原型設(shè)計(jì)、觸屏式 UI 開(kāi)發(fā)、外設(shè)集成和能耗跟蹤的工具。觀看拆箱視頻，快速了解評(píng)估套件中包含的內(nèi)容。


審核編輯 黃宇