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展望2019丨人工智能热潮下,物联网与嵌入式系统如何发展? 时间:2019-02-22      来源:华清远见

人工智能和边缘计算

过去的2018年,人工智能(AI)无疑是电子信息行业最热门的话题和关注点。数据对于人工智能的重要性不言而喻了,因此若要使AI引擎变得更聪明、更强大,需要的是持续的数据流入,AI可以处理和从中学习的数据越多,其预测的准确率也会越高,物联网(IoT)就是AI非常好的管道和数据来源。2019年AI热还将会继续持续,AI、IoT 将越来越多呈现“一体化”趋势,“人工智能”逐渐向“应用智能”发展,物联网也将会向“智联网”发展。

人工智能延展到物联网,就产生了边缘计算,凡有实时性、低功耗和安全隐私要求的物联网应用,均会有边缘计算的需求。需要指出的是,边缘计算设备一般会安装在系统传感和执行端,多数边缘计算设备是嵌入式系统。从物联网系统角度看,边缘计算设备是整个物联网系统一个组成部分,不能单独存在,需要云计算和人工智能技术的支撑和服务。边缘计算技术的研究和产品开发目前处在初期阶段,云计算、通信设备和嵌入式企业非常关注, 物联网的高速发展是边缘计算兴起的最大推手。物联网发展大致分成两个时期,第一个时期是从互联走向智能,第二个时期从智能走向自治,目前大多数物联网项目还是第一个时期,进入第二个时期,边缘计算将发挥重要作用,2019年边缘计算将迎来快速发展的一年,人工智能向边缘和终端侧延展,嵌入式人工智能时代将要来到,AI芯片是未来发展热点。

5G和NB-IoT

进入2019年5G的脚步越来越近,最近新闻里面不断出现的华为和5G,也让百姓感觉到5G将要来到。5G不仅能让没有电视和光纤电缆的偏远地区可以看到高清电视,5G的高带宽、低延时和高稳定的特性,为汽车自动驾驶和高清 AR/VR 的应用真正奠定了基础,有了5G网络具有划时代意义的人工智能应用才可能落地。在过去2018年,移动通信技术发展的另外一个分支-窄带物联网成为万物互联网络的一个重要分支。 

窄带物联网中的NB-IoT构建于蜂窝网络, 只消耗大约180KHz的带宽,正常运行功耗小于20mA, 仅为2G的1/10, 终端模块的待机时间可长达10年,模组批量的价格降至20元。从2G到4G,移动通信网络都只是为了连接“ 人” 而生。 但随着万物互联时代的到来, 5G移动通信网络需面向连接“ 物” 而演进。华为预测2018年NB-IoT连接数达到5000万以上,2019年有望达到2亿以上。同时阿里云IoT获得Semtech国内首个LoRa IP授权, 2019年将是窄带物联网市场的上量一年。

RISC-V和MCU

RISC-V 开放指令集和开源芯片为ARM一统的处理器架构世界带来了一缕春风,其传播的速度非常凶猛,高校拿RISC-V做教学,科技巨头纷纷宣布支持RISC-V,并且涌现一批初创的科技公司。目前RISC-V 技术还在发展,各家芯片平台在开发和完善之中,应用将会逐步展开和落地。千里之行始于足下,芯片、开发板、调试器、软件、培训、社区和图书,这些都是RISC-V应用不可缺少的生态环境。

正如中国集成电路老前辈、许居衍院士指出:RISC-V当前最适合用于IoT之类的“看不见的计算”中,现在看来RISC-V要形成生态,希望很可能在中国。可以预见,物联网和嵌入式应用一定是RISC-V最先落地点,2019年将是RISC-V 成长的一年。

根据IC insight 2018年市场研究,IoT市场发展迅速,2017-2022年复合增长率接近15%,2018年新增IoT入网设备超过20亿,到2022年将达到40亿, IoT 设备中的MCU 2018年大约有18亿颗,2017-2022年复合年均增长率达到17% ,数量接近35亿颗。32位MCU 正在IoT 设备和应用中发挥核心的技术作用,比如运算处理、安全、联网、感知和控制,以及传统的电机控制和电源管理都离不开MCU。

展望未来,IoT 和AI 应用对MCU 提出更高的要求:更高的处理能力,更多的安全组件,多种连接能力和更低功耗 , IoT 应用日益复杂,MCU的操作系统从简单任务调度发展为IoT OS平台,软件复杂度大幅增加,平台级软件及工具需求旺盛。决胜未来,MCU 生态建设已经成为新的制高点,云计算公司进入MCU和嵌入式系统生态圈,MCU企业与算法公司、软件公司和高校的合作越来越多。

IoT OS与物联网安全

过去的2018年随着 IoT 成为重要风口,众多国内外科技巨头以及中小企业都开展了在 IoT 方面的布局,阿里云称IoT 是其第五赛道,以阿里云为支撑,在端侧有AliOS Things,在其上阿里有物联网市场和一站式开发平台,再上面就是包括消费和行业应用。 华为布局AIoT, 推出HiLink标准协议。在端侧华为有Huawei LiteOS,端云结合是通过OceanConnect,它是华为云推出的IoT联接管理平台,行业应用上,华为重点在NB-IoT的推广。

亚马逊推出Amazon FreeRTOS ,借助嵌入式系统最具影响力的RTOS- FreeRTOS, 亚马逊扩展其在物联网系统中的市场地位,借助AWS IoT 云和边缘计算Greengrass 技术,为开发者提供一站式解决方案。微软在物联网设备端布置Azure Sphere OS,可以运行在MCU上,边缘侧微软有Azure IoT Edge,可以运行在Linix 和windows 系统,在云端微软有Auzre IoT stack 负责对IoT设备进行安全管理和维护。 

ARM mbed OS 是最早推出的IoT OS ,在行业具有标杆作用,2018年ARM 推出Arm Pelion IoT Platform,提供端-端IoT 安全解决方案,据悉Pelion计划在2019年在中国落地。

总结

国际国内多方面因素,决定了2019年的世界和中国经济颇为严峻,但科技的创新与发展的脚步一点没有放缓。作为支撑人工智能、物联网和5G 发展,作为连接芯片与应用粘结剂的嵌入式技术也将迎来新的机遇。我们已经习以为常的性能扩展速度现在已经难以为继。过去,性能每隔18个月翻一番。单一CPU性能提升每年仅有3%、20年才能翻一番。人们已经从关注单CPU转向了多核和异构计算,其中异构指CPU+GPU/DSP/FPGA/ASIC,未来最大的关注点将集中在嵌入式人工智能的AI芯片上。

长期以来开源软件为电子信息产业做出巨大的贡献,今天以RISC-V为代表的开放指令集和开源硬件也将深刻影响产业发展,未来最大的关注点将是IoT芯片,这些都跟“嵌入式”技术密切相关。

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