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伴随TinyML一同崛起的边缘AI生态

E4Life 来源:电子发烧友网原创 作者:周凯扬 2023-08-28 09:07 次阅读
电子发烧友网报道(文/周凯扬)随着大厂持续批量购置高性能GPU资源,目前的云端AI生态已经打好了硬件基础,也已经辐射到手机这样的高算力端侧设备。然而在数量更为庞大的其他端侧设备,比如算力有限的IoT设备上,又该如何引入AI呢?这就不得不提到TinyML了。

小体量的机器学习

为了让在超低功耗的MCU传感器设备上开发和部署AI模型,机器学习衍生出了TinyML这一研究领域。这里指的超低功耗最低可至mW级,从而打破定义智能设备的能耗壁垒,毕竟大部分的MCU主频不超过1000MHz,内存与存储资源也有限,没法用上那些大体量的模型。

且对于TinyML来说,即便其与服务器CPU、GPU等在算力上差距巨大,但所需的AI计算量依然不少。所以厂商往往需要从模型大小、处理器架构效率这类软硬结合的指标上发力,比如Tensorflow Lite、PyTorch Mobile这类轻量级框架,又或是针对机器学习进行优化的CPU内核或辅助计算的NPU等。

目前常见的TinyML应用主要集中在视觉、音频和振动这三大感知领域。以视觉而言,物体识别、人体姿态识别和深度识别之类的应用早就在MCU应用上普及了,但TinyML可以进一步加强识别能力和识别效率,且其学习能力也使其不再局限于特定的识别目标。

而音频上TinyML就更加实用了,除去常见的关键词识别、自动通话识别外,还可以不依靠额外的硬件或云端连接,进一步完成降噪、机器翻译等操作。至于振动相关的TinyML应用主要集中在工业领域,比如人物活动识别、电机控制、预测性维护等等。

TinyML的边缘生态

作为目前MCU市场的主导架构,Arm早早就迈入了对TinyML的研究,和高通、谷歌等厂商展开了相关领域的合作。同时Arm也开发出了部分处理器,为面积受限的低功耗芯片提供计算辅助,比如Cortex-M55、Ethos-U55/U65等等。

目前不少Arm MCU厂商在这些年的架构和IP内卷中同样看到了边缘AI的商机,纷纷深入开展了TinyML的开发,比如意法半导体瑞萨兆易创新和澎湃微等厂商。比如瑞萨就基于RA6T2这样的电机控制MCU,利用TinyML及其Reality AI软件实现了无需传感器的预测性维护。在RISC-V架构上,也有博流智能、嘉楠科技等厂商在发力TinyML。

不少厂商为了追赶进度,也选择了收购一途,比如近期收购了Atlazo的Nordic Semiconductor,前者就是一家专注于TinyML处理器、IP和传感器接口开发的公司。Nordic也计划在未来的SoC设计中,集成这些TinyML技术,用于智能健康市场,比如心脏监测、血糖监测等。包括上文中提到的瑞萨Reality AI软件,其实也是靠收购获得的。

在相关的软件开发上,国内也有矽速科技这样的厂商,在不断推出开源套件的同时,也提供了MaxiHub这样一个专门针对边缘设备的模型在线训练分享平台,以及TinyMaix这样一个面向MCU的超轻量级神经网络推理库,支持ARM、RISC-V的多种专用指令优化。


写在最后

从软硬件生态上来看,边缘AI已经变得愈发成熟,也必将是专注于MCU等低功耗半导体的厂商未来的必经之路。但至于边缘端直接运行大模型这样的应用还是需要进一步发展的,毕竟手机这类设备有着天生的算力与连接优势,但不少边缘设备是不具备的,所以先从小的TinyML开始做起,才是脚踏实地的路线。
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