電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/吳子鵬）隨著人工智能（AI）技術(shù)從云端向邊緣側(cè)遷移，嵌入式系統(tǒng)正經(jīng)歷一場(chǎng)深刻的變革。邊緣AI的優(yōu)勢(shì)在于，它能夠在數(shù)據(jù)產(chǎn)生的源頭進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，從而帶來(lái)更快的響應(yīng)速度、更低的功耗、更強(qiáng)的隱私保護(hù)與網(wǎng)絡(luò)可靠性。

德州儀器（TI）MSP微控制器產(chǎn)品線經(jīng)理羅一?。╕iding Luo）表示：“過(guò)去幾年，主流邊緣AI應(yīng)用主要是在高性能處理器或者SOC上運(yùn)行，成本和編碼要求非常高，簡(jiǎn)易的嵌入式系統(tǒng)在支持AI工作負(fù)載方面的能力非常有限。邊緣AI技術(shù)讓具備成本效益的低功耗MCU可在本地運(yùn)行AI模型，將其從基礎(chǔ)控制器轉(zhuǎn)變?yōu)楦咝У闹悄苜x能器，從而開(kāi)拓全新的終端市場(chǎng)與應(yīng)用領(lǐng)域?！?br />
為幫助嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)者更好迎接機(jī)遇、應(yīng)對(duì)挑戰(zhàn)，德州儀器近期接連發(fā)布兩款集成TinyEngine?神經(jīng)處理單元（NPU）的邊緣人工智能微控制器（MCU）——MSPM0G5187和AM13E230x系列，大幅降低工程師部署邊緣AI的門檻，讓消費(fèi)電子到工業(yè)機(jī)器人等各類應(yīng)用輕松實(shí)現(xiàn)本地智能。

邊緣AI重塑嵌入式系統(tǒng)，TinyEngine? NPU打造核心性能優(yōu)勢(shì)

如上所述，在當(dāng)前的嵌入式發(fā)展趨勢(shì)中，邊緣AI正逐漸成為主流。相比于云端AI，邊緣AI能夠提供更快的響應(yīng)速度、更低的功耗與成本，并增強(qiáng)隱私保護(hù)與系統(tǒng)可靠性。然而，傳統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)在支撐AI工作負(fù)載時(shí)，往往面臨功耗、內(nèi)存與成本的多重約束。

為解決這一痛點(diǎn)，TI推出了專為MCU設(shè)計(jì)的TinyEngine? NPU。這是一種專有的硬件加速器，可優(yōu)化深度學(xué)習(xí)推理操作。TinyEngine? NPU展現(xiàn)了卓越的性能優(yōu)勢(shì)：它提供2.56GOPS的計(jì)算性能，支持八位、四位等多種精度配置。與未配備加速器的同類MCU相比，集成TinyEngine? NPU的MCU在運(yùn)行AI模型時(shí)，可實(shí)現(xiàn)延遲最高降低90倍，單次推理能耗降低超過(guò)120倍。該硬件加速器可與主CPU并行執(zhí)行神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算，釋放CPU資源處理其他系統(tǒng)任務(wù)，從而在極低的功耗水平下實(shí)現(xiàn)高效的本地邊緣AI處理。

首款邊緣AI加速ArmCortexM0+ MCU：MSPM0G5187讓智能觸手可及

TI推出的MSPM0G5187是首款集成TinyEngine? NPU的ArmCortexM0+ MCU，作為TI性價(jià)比最高的通用MCU系列新品，它徹底打破“邊緣AI是高端應(yīng)用專屬”的壁壘，將智能化帶入低成本、低功耗的消費(fèi)電子與輕量工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域。目前該產(chǎn)品已實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，可通過(guò)TI官網(wǎng)直接采購(gòu)，1000件起訂的單價(jià)低于1美元，大幅降低了邊緣AI的落地成本。

除了有TinyEngine? NPU的智能化加持，MSPM0G5187搭載了80MHz的Arm Cortex-M0+內(nèi)核，提供高達(dá)128KB的閃存和32KB SRAM，還集成了豐富的模擬和數(shù)字接口（如USB 2.0和I2S），并具備網(wǎng)絡(luò)安全機(jī)制，支持后量子密碼學(xué)（Post-Quantum Cryptography，PQC）。

以下是MSPM0G5187兩個(gè)典型應(yīng)用場(chǎng)景：
智能家居喚醒詞檢測(cè)：在智能音箱或家電中，MSPM0G5187可運(yùn)行1D卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（CNN），在本地持續(xù)監(jiān)聽(tīng)“喚醒詞”。與純CPU方案相比，集成NPU可將延遲降低超過(guò)92%，功耗僅為數(shù)十毫瓦級(jí)，從而顯著延長(zhǎng)電池續(xù)航。用戶的聲音數(shù)據(jù)無(wú)需上傳云端，既保護(hù)了隱私，又實(shí)現(xiàn)了瞬時(shí)響應(yīng)。

可穿戴健康設(shè)備手勢(shì)與活動(dòng)監(jiān)測(cè)：在智能手表、智能戒指等設(shè)備中，該MCU可實(shí)時(shí)處理來(lái)自加速度計(jì)、陀螺儀等傳感器的數(shù)據(jù)，精準(zhǔn)識(shí)別手勢(shì)并監(jiān)測(cè)身體活動(dòng)、睡眠質(zhì)量等。其高度集成的設(shè)計(jì)減少了對(duì)外部分立元件的需求，幫助設(shè)備在保持緊湊外形的同時(shí)增添更多智能功能。

AM13E230x MCU：?jiǎn)涡酒诤螩ortex-M33與NPU，重構(gòu)實(shí)時(shí)控制+AI加速體驗(yàn)

針對(duì)需要復(fù)雜實(shí)時(shí)控制與智能決策并行的應(yīng)用，如家電、機(jī)器人和工業(yè)自動(dòng)化，TI推出了全新的AM13Ex系列MCU（如AM13E23019）。該系列MCU是業(yè)界率先將高性能ArmCortex-M33內(nèi)核、TinyEngine? NPU和TI先進(jìn)的實(shí)時(shí)控制架構(gòu)集成于單芯片的解決方案。

AM13E230x MCU在性能上表現(xiàn)搶眼，其CPU頻率可達(dá)200-250+MHz，CoreMark評(píng)分高達(dá)4.35/MHz，在所有基于Cortex-M33內(nèi)核MCU中名列前茅。芯片集成了三角函數(shù)數(shù)學(xué)加速器，計(jì)算速度比傳統(tǒng)CORDIC實(shí)現(xiàn)方式快10倍，支持同時(shí)控制多達(dá)四個(gè)電機(jī)，并可將物料清單成本降低最高30%。
德州儀器ASM微控制器工業(yè)業(yè)務(wù)負(fù)責(zé)人吳健鴻（Paul Ng）表示：“通過(guò)在單芯片中結(jié)合實(shí)時(shí)控制與AI加速能力，AM13Ex系列解決了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中AI推理與控制環(huán)路搶占資源的難題。TinyEngine? NPU可與CPU并行運(yùn)作，在CPU維持精確實(shí)時(shí)控制環(huán)路的同時(shí)，運(yùn)行自適應(yīng)控制算法。這一特性使其在工業(yè)自動(dòng)化、家電及人形機(jī)器人領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用前景。例如，在洗衣機(jī)控制中，它能實(shí)現(xiàn)負(fù)載平衡檢測(cè)；在光伏系統(tǒng)中，利用AI可將電弧故障檢測(cè)準(zhǔn)確率從85%提升至最高99%；而在人形機(jī)器人領(lǐng)域，該芯片能為電機(jī)執(zhí)行器提供本地智能判斷，提升反應(yīng)速度與靈敏度?！?br />
綜上所述，從MCU產(chǎn)品矩陣來(lái)看，德州儀器的AI布局已實(shí)現(xiàn)全面覆蓋。通過(guò)將TinyEngine? NPU集成到基于三種不同CPU或DSP架構(gòu)的TI MCU中，讓任何用戶都能使用硬件加速的AI，核心覆蓋架構(gòu)及場(chǎng)景如下：
·MSPM0G系列：將邊緣AI引入簡(jiǎn)單、低功耗的消費(fèi)類器件中；
·AM13Ex系列：為家電和機(jī)器人中的自適應(yīng)控制提供支持；
·C2000實(shí)時(shí)MCU：在實(shí)時(shí)應(yīng)用里實(shí)現(xiàn)AI賦能，如在太陽(yáng)能系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)電弧故障檢測(cè)。

全棧式開(kāi)發(fā)資源，德州儀器打造端到端邊緣AI開(kāi)發(fā)體驗(yàn)

為讓工程師快速、輕松地為各類設(shè)備添加邊緣AI功能，德州儀器打造了覆蓋從模型訓(xùn)練、優(yōu)化到部署的端到端開(kāi)發(fā)生態(tài)，以CCStudio系列工具為核心，結(jié)合豐富的模型庫(kù)和無(wú)代碼解決方案，大幅降低了邊緣AI的開(kāi)發(fā)門檻，即便無(wú)深厚AI專業(yè)知識(shí)的工程師也能快速上手。

CCStudio集成開(kāi)發(fā)環(huán)境（IDE）：德州儀器的核心開(kāi)發(fā)平臺(tái)，現(xiàn)已集成生成式AI功能。開(kāi)發(fā)人員可以使用自然語(yǔ)言描述需求（例如：“生成一個(gè)電機(jī)控制代碼”），AI助手便能自動(dòng)生成針對(duì)德州儀器MCU優(yōu)化的代碼，大幅加速開(kāi)發(fā)、配置和調(diào)試流程。

CCStudio Edge AI Studio：這是一套免費(fèi)的圖形化與命令行工具鏈，專為簡(jiǎn)化邊緣AI開(kāi)發(fā)而設(shè)計(jì)，覆蓋AI設(shè)計(jì)全流程，支持?jǐn)?shù)據(jù)采集、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)選型與優(yōu)化、模型訓(xùn)練及跨MCU部署，目前已提供超過(guò)60種模型和應(yīng)用示例、1000余種預(yù)處理組合，支持超過(guò)50種器件。該工具兼容PyTorch、TensorFlow、ONNX等行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)框架，工程師可在熟悉的環(huán)境中訓(xùn)練模型，再通過(guò)量化工具和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)編譯器快速移植到德州儀器硬件上。

全面的產(chǎn)品組合與參考設(shè)計(jì)：從搭載TinyEngine NPU的低成本MCU，到集成C7? NPU、算力高達(dá)1200 TOPS的高性能處理器，德州儀器提供了可擴(kuò)展的硬件選擇。同時(shí)，德州儀器提供了豐富的參考設(shè)計(jì)（如電弧故障檢測(cè)、電機(jī)故障診斷模型），工程師可在Edge AI Studio中直接調(diào)用，縮短產(chǎn)品上市時(shí)間。

總結(jié)而言，德州儀器通過(guò)將專用的TinyEngine? NPU深度集成到其通用與實(shí)時(shí)MCU產(chǎn)品線，并構(gòu)建從AI輔助代碼生成到模型訓(xùn)練部署的完整軟件生態(tài)，正系統(tǒng)性降低邊緣AI的應(yīng)用門檻。無(wú)論是成本敏感的消費(fèi)設(shè)備，還是需控制多電機(jī)的高性能工業(yè)系統(tǒng)，開(kāi)發(fā)者現(xiàn)在都能借助德州儀器的解決方案，更便捷地將本地智能融入創(chuàng)新設(shè)計(jì)，推動(dòng)嵌入式系統(tǒng)邁向全面智能化的新時(shí)代。