MCU和AI誰(shuí)才是市場(chǎng)之王

　　MCU和SoC在AI市場(chǎng)是怎樣的競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系？去年，AMD發(fā)布了銳龍嵌入式R1000SoC，這款產(chǎn)品一個(gè)重要應(yīng)用就是AI。在采訪中，我就這個(gè)一問(wèn)題與AMD嵌入式解決方案產(chǎn)品管理和業(yè)務(wù)開(kāi)發(fā)總監(jiān)StephenTurnbull先生進(jìn)行了探討。

　　Stephen的回答非常簡(jiǎn)單，“就拿MCU和MPU來(lái)說(shuō)，MCU是微控制器，MPU是微處理器，顯然MCU能耗更低，性能也更低，它是根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行控制操作；MPU具有更強(qiáng)的運(yùn)算引擎，可以實(shí)現(xiàn)更高的運(yùn)算和處理能力?！?/p>

　　顯然，在Stephen看來(lái)，MCU和MPU比，計(jì)算能力尚且差一大截，和SoC比更無(wú)法相提并論，AI市場(chǎng)更是沒(méi)有MCU什么事。筆者之所以提出這個(gè)問(wèn)題，是因?yàn)镸CU大廠恩智浦早在幾年前就已經(jīng)開(kāi)始在MCU和MPU的融合上進(jìn)行了探索，并且在2017年推出了跨界處理器。

　　MCU在AI市場(chǎng)的探索

　　大家知道，恩智浦的微控制器事業(yè)部來(lái)自飛思卡爾，并且同時(shí)擁有MCU和MPU兩個(gè)產(chǎn)品線，在2015年，隨著飛思卡爾被恩智浦收購(gòu)，飛思卡爾的MCU并入了恩智浦的微控制器事業(yè)部，但是這個(gè)工程師團(tuán)隊(duì)并沒(méi)有停下來(lái)，而是一直致力于新產(chǎn)品研發(fā)，2017年推出的i.MXRT系列跨界處理器就將MCU和MPU的優(yōu)勢(shì)融合到了一起。

　　在采訪中，恩智浦資深副總裁、微控制器事業(yè)部總經(jīng)理GeoffLees向與非網(wǎng)介紹，“跨界處理器繼續(xù)向兩端延伸，推出i.MXRT1010和i.MX7ULP。其中i.MX7ULP的主頻可以達(dá)到1GHz，而i.MXRT1010的單價(jià)只有1美元?！?/p>

　　拋開(kāi)i.MXRT1010的高性價(jià)比，i.MX7ULP產(chǎn)品的的結(jié)構(gòu)比較有意思，其采用了Cortex-A7和Cortex-M4雙核架構(gòu)，而且Cortex-A7和Cortex-M4處于完全獨(dú)立的兩個(gè)域中，A7用來(lái)運(yùn)行Linux操作系統(tǒng)，大部分時(shí)間處于關(guān)閉狀態(tài)，M4則用于處理基本任務(wù)，保證設(shè)備低功耗運(yùn)行。這樣的配置恰好可以滿足AIoT設(shè)備對(duì)低功耗和高性能的需求，因此上市后i.MX7ULP很快出貨量就達(dá)到了100萬(wàn)片，這足以證明市場(chǎng)需求有多么旺盛。

　　為了探索MCU在AI市場(chǎng)的應(yīng)用，恩智浦不僅提供硬件平臺(tái)，還推出了機(jī)器學(xué)習(xí)開(kāi)發(fā)環(huán)境eIQ。恩智浦大中華區(qū)微控制器事業(yè)部市場(chǎng)總監(jiān)金宇杰表示，“eIQ可以與市場(chǎng)上幾乎所有的開(kāi)源訓(xùn)練工具、建模、編輯器兼容，現(xiàn)有的所有公開(kāi)的標(biāo)準(zhǔn)或者客戶定制的標(biāo)準(zhǔn)都可以在eIQ中進(jìn)行開(kāi)發(fā)。eIQ可以幫助客戶將訓(xùn)練好的模型轉(zhuǎn)換到嵌入式平臺(tái)中；另外，客戶自己產(chǎn)生的模型，會(huì)用到各種開(kāi)源資源。當(dāng)用戶實(shí)現(xiàn)模型時(shí)，需要通過(guò)eIQ環(huán)境快速地轉(zhuǎn)換到自己的平臺(tái)上?！?/p>

　　“eIQ環(huán)境讓MCU實(shí)現(xiàn)AI功能成為可能。”金宇杰表示，“除了eIQ之外，恩智浦與國(guó)內(nèi)人臉識(shí)別算法公司合作，把人臉識(shí)別技術(shù)運(yùn)行在一個(gè)單核處理器上，將原來(lái)在云端運(yùn)營(yíng)的大模型成功移到了邊緣。”

　　雖然作為跨界處理器，i.MX7ULP不能叫做MCU，但是仍然可以看出，至少在邊緣端MCU實(shí)現(xiàn)AI是可行的。2019年，恩智浦推出了全球首款基于MCU的語(yǔ)音控制解決方案，獲得了亞馬遜Alexa語(yǔ)音服務(wù)（AVS）認(rèn)證；同年，恩智浦與微軟宣布合作推出基于人工智能（AI）和機(jī)器學(xué)習(xí)（ML）的AzureIoT異常檢測(cè)功能。

　　界限就是用來(lái)打破的，我們一直認(rèn)為AI市場(chǎng)是CPU、GPU、TPU的專屬，而MCU廠商在劃破這個(gè)界限。

　　Arm“錦上添花”再增兩款A(yù)I處理器

　　作為芯片架構(gòu)供應(yīng)商，Arm自然不會(huì)對(duì)AI市場(chǎng)袖手旁觀，尤其是面對(duì)RISC-V陣營(yíng)在頻頻逼近，Arm需要找到新的突破點(diǎn)。在運(yùn)營(yíng)策略上，降低產(chǎn)品準(zhǔn)入門檻實(shí)屬無(wú)奈之舉，如果在技術(shù)上無(wú)法實(shí)現(xiàn)實(shí)質(zhì)性創(chuàng)新就只能走下坡路了。

　　最近，Arm推出了兩款A(yù)I處理器--Cortex-M55和Ethos-U55。從Cortex-M55的框架圖中可以看出，Cortex-M55增加一個(gè)Helium，Helium的技術(shù)名稱是MVE（用于M-ProfileVectorExtension），是針對(duì)Cortex-M系列處理器的M-Profile矢量擴(kuò)展（MVE）技術(shù)，旨在為最小的嵌入式設(shè)備提供增強(qiáng)的機(jī)器學(xué)習(xí)和信號(hào)處理。官方介紹，與前一代Cortex產(chǎn)品相比，Cortex-M55可將數(shù)字信號(hào)處理性能提高5倍，將機(jī)器學(xué)習(xí)性能提高15倍。

　　Ethos-U55是Cortex-M處理器的配套NPU加速器，用于解決電池壽命和成本敏感的復(fù)雜AI計(jì)算難題，需要和Cortex-M55、Cortex-M33、Cortex-M7、Cortex-M4等產(chǎn)品搭配使用。Ethos-U55包含32至256個(gè)可配置計(jì)算單元，與基本的Cortex-M55相比，機(jī)器學(xué)習(xí)性能最多可以提升32倍。如果將Cortex-M55和Ethos-U55進(jìn)行組合，能為微控制器帶來(lái)480倍的機(jī)器學(xué)習(xí)性能飛躍。

　　前面講到，恩智浦的i.MX7ULP采用了Cortex-A7和Cortex-M4的雙核架構(gòu)，如果將Cortex-M55引入其中，機(jī)器學(xué)習(xí)性能將會(huì)得到更大的提升。筆者認(rèn)為，唯一值得顧慮的就是成本問(wèn)題，MCU市場(chǎng)講究性價(jià)比，尤其是在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中，MCU廠商在高性價(jià)比的路上不斷廝殺，對(duì)于用戶來(lái)講，成本應(yīng)該還是最大的考量因素。

　　MCU切入AI邊緣芯片市場(chǎng)的機(jī)會(huì)

　　早期，AI芯片的市場(chǎng)爭(zhēng)奪主要在云端和數(shù)據(jù)中心，而隨著邊緣計(jì)算和AIoT的發(fā)展，AI芯片的市場(chǎng)爭(zhēng)奪逐漸走向邊緣。有研究表明，到2025年，有50%的數(shù)據(jù)需要在網(wǎng)絡(luò)邊緣側(cè)分析、處理、存儲(chǔ)，到2022年邊緣計(jì)算市場(chǎng)規(guī)模將超過(guò)萬(wàn)億。受邊緣計(jì)算的影響，邊緣AI芯片市場(chǎng)也迅速發(fā)展。ABIResearch預(yù)計(jì)，邊緣AI芯片組市場(chǎng)將從2019年的26億美元增長(zhǎng)到2024年的76億美元?？梢灶A(yù)見(jiàn)，AI邊緣芯片正在成為芯片廠商新的爭(zhēng)奪點(diǎn)。

　　整體來(lái)看，目前AI芯片主要應(yīng)用在云端、終端甚至更小的邊緣節(jié)點(diǎn)上。云端應(yīng)用對(duì)處理器運(yùn)算能力要求最高，處理器需要支持不斷變化的AI推理和訓(xùn)練工作負(fù)載，云端市場(chǎng)主要被英特爾、英偉達(dá)、谷歌等巨頭公司占據(jù)；在終端應(yīng)用中，很多設(shè)備逐漸增加了AI功能，比如智能手機(jī)上的人臉識(shí)別，智能音箱上的語(yǔ)音識(shí)別等等，主要是高通、聯(lián)發(fā)科、華為、蘋(píng)果等公司在主導(dǎo)；同樣，在更低成本的終端設(shè)備上，對(duì)計(jì)算處理能力要求較低，但是對(duì)功耗要求更苛刻，這些設(shè)備依賴公共以太網(wǎng)或低功耗廣域網(wǎng)進(jìn)行連接，而這些設(shè)備的數(shù)量恰恰增長(zhǎng)最快。ABIResearch預(yù)測(cè)，這些設(shè)備的出貨量將從2019年的90萬(wàn)臺(tái)增至2024年的570萬(wàn)臺(tái)，CAGR為45.5%。

　　Arm認(rèn)為，終端AI市場(chǎng)將在未來(lái)幾年出現(xiàn)爆炸性增長(zhǎng)。這也是Arm近期推出兩款A(yù)I處理器的目的所在，而這一市場(chǎng)也恰恰是MCU廠商的切入AI市場(chǎng)的關(guān)鍵點(diǎn)。以前很多終端產(chǎn)品采用的主控器就是MCU，當(dāng)這些設(shè)備需要增加AI功能時(shí)，設(shè)備廠商首先想到的就是升級(jí)，而不是用AI邊緣芯片替換原有的MCU產(chǎn)品，升級(jí)的優(yōu)勢(shì)很明顯，對(duì)于設(shè)計(jì)工程師來(lái)說(shuō)，產(chǎn)品升級(jí)比重現(xiàn)設(shè)計(jì)更簡(jiǎn)單，對(duì)于設(shè)備廠商來(lái)說(shuō)，在原來(lái)的MCU上進(jìn)行升級(jí)，產(chǎn)品穩(wěn)定性更高，風(fēng)險(xiǎn)更低。

　　在2019年底，ICInsights發(fā)布預(yù)測(cè)性研究報(bào)告，2019年全球MCU市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)204億美元、出貨量達(dá)到342億顆，不過(guò)平均售價(jià)（ASP）將持續(xù)下降。在全球電子產(chǎn)品智能化的進(jìn)程中，AI芯片創(chuàng)業(yè)公司看到了電子產(chǎn)品更新?lián)Q代的商機(jī)，但是傳統(tǒng)MCU廠商也不會(huì)對(duì)新的市場(chǎng)需求熟視無(wú)睹，Arm推出AI處理器無(wú)疑在架構(gòu)上給MCU廠商提供了更強(qiáng)大的支持。

　　存量市場(chǎng)的AI改造勢(shì)在必行

　　對(duì)現(xiàn)有的電子設(shè)備增加AI功能是否可行？這估計(jì)是應(yīng)用市場(chǎng)最關(guān)心的問(wèn)題，比如電梯，出于成本的考慮，物業(yè)管理公司更愿意進(jìn)行智能改造，而不是更換新的設(shè)備。當(dāng)前的肺炎疫情讓電梯成為一個(gè)重要的防控區(qū)域，由此還激發(fā)出人們想出各種按電梯“妙招”，其實(shí)如果將電梯改為語(yǔ)音控制，就能有效避免交叉感染。前幾天，蘇州思必馳展示了基于其“智能電梯離線語(yǔ)音方案”改造的語(yǔ)音控制電梯，其工作人員介紹，“這套解決方案內(nèi)置思必馳高性能語(yǔ)音算法，采用線性雙麥降噪，滿足小而密閉空間下的復(fù)雜場(chǎng)景需求；支持遠(yuǎn)場(chǎng)喚醒、強(qiáng)魯棒識(shí)別，支持普通話、帶方言的普通話識(shí)別，以及方言定制；提供高自然度的多種合成音選擇，支持小數(shù)據(jù)快速定制TTS。在硬件方面，采用了思必馳的TH1520芯片，進(jìn)行電梯改裝時(shí)，直接加外掛模塊就可以完成?！?/p>

　　MCU是否可以切入AI應(yīng)用？嵌入式資深工程師馬曉東（化名）的看法是，“MCU切入人工智能市場(chǎng)是必然趨勢(shì)，而且對(duì)于后面進(jìn)入AI市場(chǎng)的人是很好的機(jī)會(huì)，可以使設(shè)備體積縮小，部署更加容易。比如我們的電梯系統(tǒng)，現(xiàn)在通過(guò)一顆RK3288統(tǒng)計(jì)乘坐人的數(shù)量、年齡、性別，是否有人員跌倒等狀態(tài)信息，目前的識(shí)別方式是將圖片發(fā)送到服務(wù)器識(shí)別，如果可以在本地做AI處理，我們就不用部署大型服務(wù)器進(jìn)行遠(yuǎn)程圖形識(shí)別了。”

　　業(yè)界資深工程師金鴻（化名）分析，“MCU切入AI市場(chǎng)只能做通用AI，而這又不是MCU廠商設(shè)計(jì)人員所擅長(zhǎng)的，一般公司技術(shù)積累還有欠缺，因此只能從外面尋找人才，估計(jì)產(chǎn)品定義會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題。MCU廠商做AI無(wú)非有三條路：第一，MCU+專用AIASIC（從AI芯片購(gòu)買IP）；第二，基于DSP和ArmCortex-M55，只是在流行的AI框架做適配；第三，MCU+某一專用AI應(yīng)用（比如：語(yǔ)音喚醒，陣列等）+WiFi。AIoT芯片廠商應(yīng)該是第一批嘗鮮者，比如國(guó)內(nèi)的恒玄、csr，會(huì)嘗試基于Cortex-M55架構(gòu)設(shè)計(jì)MCU，這與他們的AUD+BLE，AUD+wifi產(chǎn)品線很匹配，這顆內(nèi)核做音頻性能應(yīng)該足夠?！?/p>

　　在嵌入式聯(lián)誼會(huì)秘書(shū)長(zhǎng)何曉慶老師看來(lái)，“一般規(guī)律是，專用芯片在逐步演進(jìn)，慢慢被通用芯片替代，因?yàn)殡S著市場(chǎng)普及，專用芯片的缺點(diǎn)就會(huì)放大，通用芯片的優(yōu)勢(shì)也會(huì)逐漸彰顯?，F(xiàn)在AI芯片距離大規(guī)模應(yīng)用還很遠(yuǎn)?！?/p>

　　從市場(chǎng)應(yīng)用實(shí)例可以看出，嵌入式設(shè)備存量市場(chǎng)進(jìn)行AI升級(jí)是剛需，這對(duì)于MCU廠商來(lái)說(shuō)是一個(gè)潛在的市場(chǎng)機(jī)會(huì)，尤其是針對(duì)智能語(yǔ)音識(shí)別應(yīng)用，但是還在起步階段，短期內(nèi)無(wú)法實(shí)現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用。