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    展望2019丨人工智能熱潮下,物聯網與嵌入式系統如何發展?

    • 發布:嵌入式培訓
    • 來源:嵌入式資訊
    • 時間:2019-02-19 18:15

    物聯網,人工智能快速發展,步入物聯網行業的人越來越多,那么2019年在人工智能熱潮下物聯網與嵌入式系統如何發展?

    嵌入式人工智能

    一、人工智能和邊緣計算

    過去的2018年,人工智能(AI)無疑是電子信息行業最熱門的話題和關注點。數據對于人工智能的重要性不言而喻了,因此若要使AI引擎變得更聰明、更強大,需要的是持續的數據流入,AI可以處理和從中學習的數據越多,其預測的準確率也會越高,物聯網(IoT)就是AI非常好的管道和數據來源。2019年AI熱還將會繼續持續,AI、IoT 將越來越多呈現“一體化”趨勢,“人工智能”逐漸向“應用智能”發展,物聯網也將會向“智聯網”發展。

    人工智能延展到物聯網,就產生了邊緣計算,凡有實時性、低功耗和安全隱私要求的物聯網應用,均會有邊緣計算的需求。需要指出的是,邊緣計算設備一般會安裝在系統傳感和執行端,多數邊緣計算設備是嵌入式系統。從物聯網系統角度看,邊緣計算設備是整個物聯網系統一個組成部分,不能單獨存在,需要云計算和人工智能技術的支撐和服務。邊緣計算技術的研究和產品開發目前處在初期階段,云計算、通信設備和嵌入式企業非常關注, 物聯網的高速發展是邊緣計算興起的最大推手。物聯網發展大致分成兩個時期,第一個時期是從互聯走向智能,第二個時期從智能走向自治,目前大多數物聯網項目還是第一個時期,進入第二個時期,邊緣計算將發揮重要作用,2019年邊緣計算將迎來快速發展的一年,人工智能向邊緣和終端側延展,嵌入式人工智能時代將要來到,AI芯片是未來發展熱點。

    二、5G和NB-IoT

    進入2019年5G的腳步越來越近,最近新聞里面不斷出現的華為和5G,也讓百姓感覺到5G將要來到。5G不僅能讓沒有電視和光纖電纜的偏遠地區可以看到高清電視,5G的高帶寬、低延時和高穩定的特性,為汽車自動駕駛和高清 AR/VR 的應用真正奠定了基礎,有了5G網絡具有劃時代意義的人工智能應用才可能落地。在過去2018年,移動通信技術發展的另外一個分支-窄帶物聯網成為萬物互聯網絡的一個重要分支。 窄帶物聯網中的NB-IoT構建于蜂窩網絡, 只消耗大約180KHz的帶寬,正常運行功耗小于20mA, 僅為2G的1/10, 終端模塊的待機時間可長達10年,模組批量的價格降至20元。從2G到4G,移動通信網絡都只是為了連接“ 人” 而生。 但隨著萬物互聯時代的到來, 5G移動通信網絡需面向連接“ 物” 而演進。華為預測2018年NB-IoT連接數達到5000萬以上,2019年有望達到2億以上。同時阿里云IoT獲得Semtech國內首個LoRa IP授權, 2019年將是窄帶物聯網市場的上量一年。

    三、RISC-V和MCU

    RISC-V 開放指令集和開源芯片為ARM一統的處理器架構世界帶來了一縷春風,其傳播的速度非常兇猛,高校拿RISC-V做教學,科技巨頭紛紛宣布支持RISC-V,并且涌現一批初創的科技公司。目前RISC-V 技術還在發展,各家芯片平臺在開發和完善之中,應用將會逐步展開和落地。千里之行始于足下,芯片、開發板、調試器、軟件、培訓、社區和圖書,這些都是RISC-V應用不可缺少的生態環境。正如中國集成電路老前輩、許居衍院士指出:RISC-V當前最適合用于IoT之類的“看不見的計算”中,現在看來RISC-V要形成生態,希望很可能在中國。可以預見,物聯網和嵌入式應用一定是RISC-V最先落地點,2019年將是RISC-V 成長的一年。

    根據IC insight 2018年市場研究,IoT市場發展迅速,2017-2022年復合增長率接近15%,2018年新增IoT入網設備超過20億,到2022年將達到40億, IoT 設備中的MCU 2018年大約有18億顆,2017-2022年復合年均增長率達到17% ,數量接近35億顆。32位MCU 正在IoT 設備和應用中發揮核心的技術作用,比如運算處理、安全、聯網、感知和控制,以及傳統的電機控制和電源管理都離不開MCU。

    展望未來,IoT 和AI 應用對MCU 提出更高的要求:更高的處理能力,更多的安全組件,多種連接能力和更低功耗 , IoT 應用日益復雜,MCU的操作系統從簡單任務調度發展為IoT OS平臺,軟件復雜度大幅增加,平臺級軟件及工具需求旺盛。決勝未來,MCU 生態建設已經成為新的制高點,云計算公司進入MCU和嵌入式系統生態圈,MCU企業與算法公司、軟件公司和高校的合作越來越多。

    中國有數十家MCU企業,有關報道透露,40余家企業獲得了ARM Cortex-M 內核的授權,也就是說這些企業具備開發和生產目前市場主流的32位ARM 內核的MCU能力 。研究機構IHS2018年研究預估,中國市場前10名的MCU企業,中穎和兆易已經入圍,排名第九和第十。國內MCU應用領域多集中在低端的產品中,中高端產品的MCU市場還在外企手里,中穎和兆易2018年MCU 產值也只是前兩名ST 和NXP 的大約十分之一, 上升空間還是非常大,2019年將是國產MCU 快速增長的一年。

    四、IoT OS與物聯網安全

    過去的2018年隨著 IoT 成為重要風口,眾多國內外科技巨頭以及中小企業都開展了在 IoT 方面的布局,阿里云稱IoT 是其第五賽道,以阿里云為支撐,在端側有AliOS Things,在其上阿里有物聯網市場和一站式開發平臺,再上面就是包括消費和行業應用。 華為布局AIoT, 推出HiLink標準協議。在端側華為有Huawei LiteOS,端云結合是通過OceanConnect,它是華為云推出的IoT聯接管理平臺,行業應用上,華為重點在NB-IoT的推廣。亞馬遜推出Amazon FreeRTOS ,借助嵌入式系統最具影響力的RTOS- FreeRTOS, 亞馬遜擴展其在物聯網系統中的市場地位,借助AWS IoT 云和邊緣計算Greengrass 技術,為開發者提供一站式解決方案。微軟在物聯網設備端布置Azure Sphere OS,可以運行在MCU上,邊緣側微軟有Azure IoT Edge,可以運行在Linix 和windows 系統,在云端微軟有Auzre IoT stack 負責對IoT設備進行安全管理和維護。 ARM mbed OS 是最早推出的IoT OS ,在行業具有標桿作用,2018年ARM 推出Arm Pelion IoT Platform,提供端-端IoT 安全解決方案,據悉Pelion計劃在2019年在中國落地。

    IoT OS 是一種面向“物”通訊和管理軟件平臺,它的推動力主要來自企業和大眾。IoT OS有三個重要部分:嵌入式實時操作系統、物聯網的通訊協議和物聯網系統的安全。目前看IoT OS還需要長時間的市場培養,預計2019年在邊緣計算、物聯網安全和生態建設上,IoT OS會有許多新的進展。

    長期以來電子產品制造商只是考慮保護他們的設備的安全和它們所產生數據的安全,即使是這個要求,設備制造商,特別是消費類電子產品,許多是完不成這個任務。進入物聯網時代,現在他們被要求幫助保護設備和網絡,甚至不屬于他們自己的客戶的安全性。過去的一年物聯網安全的形式越發嚴峻, 物聯網安全需要產業鏈的通力合作 ,也就是芯片-云端一體化解決方案,未來的物聯網還將是信息安全和功能安全的融合體,國外的專家說法是:No Safety Without Security。可喜的是2018年我們看到物聯網安全產品開發技術的諸多進展,比如IoT 安全芯片,安全架構,風險評估、測試和安全升級(OTA)的技術和工具,2018年NXP、ST、Cypress、Microchip、ARM 、杭州中天微(阿里收購)、IAR、風河、HCC和亞馬遜等企業都有新技術和產品,2019年將是物聯網安全技術有更多進展的一年,物聯網安全技術也將逐漸落地關鍵行業應用,比如工業物聯網。

    五、總結

    國際國內多方面因素,決定了2019年的世界和中國經濟頗為嚴峻,但科技的創新與發展的腳步一點沒有放緩。作為支撐人工智能、物聯網和5G 發展,作為連接芯片與應用粘結劑的嵌入式技術也將迎來新的機遇。我們已經習以為常的性能擴展速度現在已經難以為繼。過去,性能每隔18個月翻一番。單一CPU性能提升每年僅有3%、20年才能翻一番。人們已經從關注單CPU轉向了多核和異構計算,其中異構指CPU+GPU/DSP/FPGA/ASIC,未來最大的關注點將集中在嵌入式人工智能的AI芯片上。長期以來開源軟件為電子信息產業做出巨大的貢獻,今天以RISC-V為代表的開放指令集和開源硬件也將深刻影響產業發展,未來最大的關注點將是IoT芯片,這些都跟“嵌入式”技術密切相關。

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