功耗超低,算力管够,支撑做足,这样的边缘AI方案“预制菜”够不够用?
物联网的生态日益丰富,终端产品形态各异,对微控制器MCU的要求也越来越多样化,而随着人工智能(AI)技术在物联网系统中的广泛应用,对算力又提出了更高要求。

在智能物联网AIoT场景中,很多传统MCU已经不能满足应用要求了。这是因为AI技术需要处理大量的矩阵运算,消耗大量的存储空间和功耗,具有高功耗、高成本和高速度的特点,而物联网产品的特点是低功耗与低成本,传统MCU很难满足AI技术所需的算力要求,所以解决方法通常有两种,一个是将数据传输到云端,在云端处理之后再把结果返回终端,这种方式比较常见,但是有过于依赖网络、实时性较差等缺点。另一种方式是用DSP或者FPGA搭配MCU,将AI运算本地化处理,这种方案实时性得到了保证,但成本和功耗都比较高。

有没有方案既可以保证AI应用的实时性,又能满足物联网对低功耗、低成本的要求呢?采用ADI推出的边缘AI微控制器解决方案,就能实现“鱼与熊掌兼得”的结果,在算力和功耗之间取得平衡。

据ADI高级应用工程师辛毅介绍,ADI边缘AI解决方案MAX7800X系列,采用微控制器内核加AI加速器的配置,微控制器负责程序加载与数据搬运,而由AI加速器来完成边缘AI的算法。微控制器功耗低、功能全,主要负责程序加载和功能启动以及数据搬运(AI运算的数据加载主要由RISC-V内核来负责),就像“买菜的妈妈”,卷积神经网络(CNN)加速器速度快、处理能力强,主要负责AI运算,就像“做菜的爸爸”,二者合一,减少了数据迁移,提高了并行处理能力,而且功耗也很低,特别适合AIoT边缘应用。

MAX7800X系列目前有两款产品,均采用Cortex M4F+RISC V配置MAX78002是MAX78000的升级版,具体升级主要体现在CNN性能上,MAX78002的CNN加速器频率是MAX78000的四倍,支持的卷积层数和最大输入维度也是MAX78000的四倍,加速器存储空间有3到4倍的升级,内核存储空间也有3到4倍的升级。此外,主控内核Cortex M4F的频率,也做了提升。
如果采用传统微控制器来实现边缘AI,由于没有专门的硬件加速功能,因而控制器的绝大部分计算资源都被用于处理AI推理计算,其系统功耗的90%以上都被AI推理所占据。而ADI的该系列产品,由于配置了CNN加速器,因而其微控制器内核(Arm Cortex M4+RISC-V)原则上不介入AI推理运算,因而AI推理运算耗费的电流占系统总功耗的比例较低,通常不超过50%。
从ADI给出的测试数据来看,与竞争对手MCU相比,MAX7800X在推理时间和功耗表现上,均有至少一个数量级的提升。MAX7800X是真正能在电池供电的物联网设备上执行AI推理的方案,能够以1fps的速度对图像进行复杂AI分析。

该系列产品特别适合具备视觉识别或听觉识别功能的物联网终端,例如垃圾分类、产品分装和快递分拣等视觉物品识别场景,或者智能家居和振动识别等应用。
边缘AI应用由于功能相对复杂,开发难度较大,不过ADI为该系列产品提供了大量的技术资源,包括各种支持文档、评估套件和参考例程,确保用户拿到“预制菜”之后,根据自己的“口味”调整就能做出味道鲜美的“大餐”。