使用 ADI 的 MAX78002 MCU 开发边缘 AI 应用

科技巨头之间为实现生成式人工智能 （GenAI） 商业化而进行的金融军备竞赛在某种程度上掩盖了其他重要的 AI 工作，尤其是在网络边缘，供应商渴望 AI 应用程序能够在通常受有限内存、带宽和功率限制的物联网设备上运行。

Analog Devices， Inc. 的微控制器单元 （MCU） 可以通过集成的低功耗卷积神经网络 （CNN） 加速器来解决边缘处理限制，以处理电池供电设备上的 AI 推理。

GenAI 的投资主要集中在积累大量数据和处理能力上，需要大规模数据中心和大量能源，而边缘 AI 则围绕着通过模型在本地高效运行数据，这些模型可以识别物体、分析医学图像并处理汽车摄像头馈送以识别障碍物、行人和道路标志，以实现安全驾驶应用。

CNN 可以在边缘处理图像数据，检测异常并监控工厂车间设备的运行状况。它们还可以检测农业环境中的害虫和作物健康状况，并处理来自无人机、机器人和智能相机的图像。

针对深度 CNN 进行了优化

ADI 的 MAX78002 是一款超低功耗、先进的片上系统，具有带浮点单元 （FPU） 的 Arm Cortex-M4 处理器和基于硬件的加速器，针对深度 CNN 和需要对象识别的任务进行了优化。

权重（或参数）将神经网络中的神经元互连以控制其行为。ADI 的 CNN 引擎具有 2 MB 的权重存储内存，可支持 1、2、4 和 8 位权重，以及高达 1600 万个权重的复杂神经网络模型。这在边缘设备上支持高级 AI 应用程序，并且由于 CNN 权重内存基于 SRAM，因此可以动态进行模型更新。

CNN 加速器提供高达 2048 像素 x 2048 像素的可编程输入图像大小，使开发人员能够灵活地设计能够处理高分辨率医学成像或在资源受限的设备上处理较小输入大小的应用程序。

高达 128 层的可编程网络深度可以平衡应用程序的表现力和效率。此外，可编程的每层网络通道宽度高达 1024 个通道，能够利用更宽的通道来捕获更丰富的功能，或使用更窄的宽度来节省内存和计算资源。

MAX78002 支持多种高速低功耗通信接口，包括 I2S、MIPI CSI-2 串行摄像头、并行摄像头 （PCIF） 和 SD 3.0/SDIO 3.0/eMMC 4.51 安全数字。这使其非常适合广泛的 AI 应用，包括工业传感器、过程控制、在线质量保证视觉系统、便携式医疗诊断设备、工厂机器人和无人机导航。

电源管理是一个关键问题

超低功耗微控制器对于边缘 AI 应用至关重要，尤其是在依赖电池供电的 IoT 设备时。ADI 表示，该MAX78002在处理 AI 推理时仅消耗微焦耳的能量。

这款 AI MCU 内置单电感多输出 （SIMO） 开关模式电源 （SMPS），支持 2.85 V 至 3.6 V 的电源电压范围，以适应不同的电源。此外，它还支持对外部开关的可选控制，为 CNN 提供来自外部电源的专用电源。

MAX78002 的电源管理单元 （PMU） 具有对 CPU 和外围电路配电的智能、精确控制，以支持高性能运行和最低的功耗。

单片电源架构支持从单节锂电池运行。SIMO 中的三个降压稳压器输出可进行电压编程，以确保最佳功耗效率。供应商可以减少电路设计的物料清单，因为MAX78002只需要一个电感器/电容器。

集成的动态电压调节 （DVS） 控制器可以自适应地调整电压，以实现动态功耗的降低。使用固定的高速振荡器和 V科雷亚电源电压，DVS 控制器可以在最低的实际电压下运行 Arm 内核，使产品设计人员能够平衡性能要求和功率限制。Arm 外设总线接口提供控制和状态访问。

用于微控制器内核的 2.5 MB 闪存的大容量片上系统存储器可确保程序和数据存储器的非易失性存储，内部 384 KB SRAM 可在除 POWER DOWN 之外的所有电源模式下提供低功耗应用信息保留。

促进MAX78002应用程序

ADI 提供 MAX78002EVKIT（图 1）评估套件，为使用 MCU 构建 AI 应用提供了宝贵的资源，包括一个 2.4 英寸 TFT 显示屏，可增强交互式 UI 开发和 AI 推理过程结果的可视化。

图 1：用于MAX78002应用的评估套件包括一个用于交互式 UI 开发的 2.4 英寸 TFT 显示屏和一个用于跟踪功耗的辅助显示屏。（图片来源：Analog Devices， Inc.）

使用评估板，MAX78002的能耗由功率累加器跟踪，格式化结果显示在辅助 TFT 显示屏上。

该评估套件包括 USB 2.0、SWD JTAG 接头、通过 USB 的 UART 访问和双行业标准 QWIIC 连接器，便于调试、编程和与其他器件连接。

结论

边缘 IoT 设备的内存、带宽和功耗有限，是开发 AI 边缘应用的主要挑战。ADI 的 MAX78002 MCU 为开发具有推理功能的各种高能效 AI 应用提供了一条清晰的路径。借助 MAX78002EVKIT，开发人员可以随时访问用于快速原型设计、触屏式 UI 开发、外设集成和能耗跟踪的工具。观看拆箱视频，快速了解评估套件中包含的内容。


审核编辑 黄宇