邊緣AI持續(xù)升溫 智慧聯(lián)網(wǎng)趨勢成形

 物聯(lián)網(wǎng)（IoT）無疑是近年來最重要的應用發(fā)展之一，它不僅讓智慧家庭成為可能，同時也實現(xiàn)了智能制造的愿景。目前，它也正持續(xù)的深入我們的所有日常生活之中，幫包含智慧城市、智慧運輸?shù)?，處處都?a class="contentlabel" href="http://butianyuan.cn/news/listbylabel/label/物聯(lián)網(wǎng)">物聯(lián)網(wǎng)的身影。

然而要實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)應用，IoT組件的使用就是不可或缺的一環(huán)。而當前市場上已存在多家的供貨商，也提供多樣化的IoT組件方案。本次所進行的「2021年IoT組件供貨商品牌暨采購行為年度調(diào)查」，就是要找出哪幾家供貨商具備較佳的品牌識別，能夠提供讓開發(fā)者信任的產(chǎn)品；另一方面，在組件的采購上，具備哪些特性的組件才是開發(fā)者所需要的。

物聯(lián)網(wǎng)邁向新戰(zhàn)場
一開始先讓我們來觀察一下物聯(lián)網(wǎng)的市場趨勢。我們發(fā)現(xiàn)在2021年的物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)逐步進化成為智聯(lián)網(wǎng)，并以AI賦能裝置邁向自主化。在2021年，物聯(lián)網(wǎng)以深度結(jié)合AI作為提升價值之主要核心，IoT定義也從Internet of Things演化為 Intelligence of Things，透過深度學習與計算機視覺等工具的附加，讓IoT軟硬件應用全面升級；在綜合產(chǎn)業(yè)動態(tài)并考慮經(jīng)濟振興與遠程操作需求下，具體呈現(xiàn)于智能制造與智能醫(yī)療兩大垂直應用領域。以制造端來看，非接觸技術加速工業(yè)4.0的導入，在智能工廠追求韌性、彈性及效率下，AI致力使Cobot、無人機等邊緣端裝置具更高精度及檢測能量，由自動化步入自主化。在醫(yī)療業(yè)方面，AI為數(shù)據(jù)加值于流程優(yōu)化與場域延伸，以及更快的影像辨識以支持臨床決策、乃至遠程問診與手術輔助，皆是AI醫(yī)聯(lián)網(wǎng)整合技術至智慧院所、遠距醫(yī)療的重要發(fā)展指標。

根據(jù)TrendForce的調(diào)查研究指出，綠地、太空、元宇宙，將成為物聯(lián)網(wǎng)2022年的三大主戰(zhàn)場。正由于跟上了5G與半導體的這一波產(chǎn)業(yè)熱潮，2022年物聯(lián)網(wǎng)接近200億臺的連接設備，將持續(xù)以AI為基礎，并取關鍵性（Critical）與永續(xù)性（Sustainability）為貫穿來年物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的兩大發(fā)展支柱，進而帶出三個技術主戰(zhàn)場，包括要求環(huán)境永續(xù)、脫碳生產(chǎn)的綠色IoT，著眼無遠弗屆、萬物相連的太空IoT，以及聚焦數(shù)據(jù)演算、鏡射現(xiàn)實的元宇宙IoT。

這些關鍵技術，各技術本身都可望成為產(chǎn)業(yè)大廠跨域布局的灘頭堡，以及物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品服務的設計主軸。延伸此基礎至終端應用面，2022年物聯(lián)網(wǎng)將以更為穩(wěn)定、實時、節(jié)能且預測之效益，賦能多元垂直領域；而市場主流的IoT應用中，預期將以智能城市的環(huán)境監(jiān)控與防疫管理、智慧家庭的居家安全與沉浸娛樂、智能制造的虛實整合與數(shù)字仿真、以及智能醫(yī)療的遠程服務與精準醫(yī)學為四大核心領域，協(xié)助企業(yè)于后疫情時代轉(zhuǎn)型再進化。

此外，這兩年來隨著疫情肆虐，全球企業(yè)無不加快數(shù)位轉(zhuǎn)型步伐，大舉擁抱物聯(lián)網(wǎng)、5G、人工智能、邊緣運算等科技，藉此建立更韌性的營運體質(zhì)。然而，這也使得過去封閉的IT與OT環(huán)境將更為開放，讓資安問題變得更為嚴峻；光是2021年上半年，IoT裝置資安攻擊事件就比去年同期大幅倍增。物聯(lián)網(wǎng)安全威脅已不能等閑視之。

行動物聯(lián)網(wǎng)時代的發(fā)展，手機硬件性能的提升，能夠快速處理巨大容量的軟件。隨著AIoT時代的到來，傳統(tǒng)大型軟件已經(jīng)不能滿足IoT時代多設備互聯(lián)的發(fā)展，特別是在智能汽車的發(fā)展上。快應用即點即用、服務直達的優(yōu)勢，順應5G時代的發(fā)展，在高帶寬、低延遲、實時處理等場景的需求下，能夠提供實時化的服務和云端更新，對于開發(fā)者來講更為便捷，也更能滿足用戶的需求。

改善物聯(lián)網(wǎng)安全
而由于物聯(lián)網(wǎng)的普及，使得聯(lián)網(wǎng)安全也成為了值得關注的議題。Palo Alto Networks針對全球19個國家與地區(qū)的IT決策者進行物聯(lián)網(wǎng)資安調(diào)查，結(jié)果顯示，組織需要改變物聯(lián)網(wǎng)安全，以保護企業(yè)網(wǎng)絡免于家庭裝置的攻擊。根據(jù)2021年的調(diào)查，77％將物聯(lián)網(wǎng)裝置連接到組織網(wǎng)絡的受訪者表示，去年連接到企業(yè)網(wǎng)絡的非商業(yè)裝置有所增加。在今年的研究中，智慧燈泡、心率監(jiān)測器、聯(lián)機的運動裝置、咖啡機、游戲機，甚至是寵物喂食器被發(fā)現(xiàn)在網(wǎng)絡裝置列表上也一點都不奇怪。

Palo Alto Networks臺灣區(qū)總經(jīng)理尤惠生表示，遠距工作趨勢的興起，讓出現(xiàn)在組織網(wǎng)絡的非商業(yè)物聯(lián)網(wǎng)裝置大幅增加，這位組織帶來了更多資安挑戰(zhàn)與風險。IT決策者也認為組織需要改變物聯(lián)網(wǎng)安全，以保護企業(yè)網(wǎng)絡免于非商業(yè)裝置的攻擊。98%的臺灣IT決策者表示在疫情期間的遠距工作，導致組織的物聯(lián)網(wǎng)資安事件數(shù)量增加。黑客了解僅僅透過一個小型物聯(lián)網(wǎng)傳感器就得以進入網(wǎng)絡，發(fā)起如勒索軟件的攻擊。

值得注意的是，今年對全球有物聯(lián)網(wǎng)裝置連接至組織網(wǎng)絡上的1,900名IT決策者進行的調(diào)查中，四分之三（75%）臺灣受訪者表示，物聯(lián)網(wǎng)裝置網(wǎng)絡與主要裝置和業(yè)務應用程序的網(wǎng)絡（例如人力資源系統(tǒng)、電子郵件服務器、財務系統(tǒng)等）各自獨立，另外目前有13%的受訪企業(yè)遵循最佳實踐，利用網(wǎng)絡微切分（microsegmentation）將物聯(lián)網(wǎng)裝置保護于企業(yè)嚴格控制的安全區(qū)域，以隔離物聯(lián)網(wǎng)裝置并將它們與 IT 裝置分開，以避免黑客在網(wǎng)絡上橫向移動。


 
圖一 : 2021年IoT組件供貨商品牌年度調(diào)查結(jié)果（制圖：王岫晨）

IoT組件供貨商品牌暨采購行為年度調(diào)查
在本次的物聯(lián)網(wǎng)組件供貨商品牌暨采購行為年度調(diào)查中，針對了主要的物聯(lián)網(wǎng)組件供貨商進行品牌喜好度的訪查與問卷調(diào)查。所參與調(diào)查的廠商均是全球知名的半導體大廠，競爭可說是相當激烈。而調(diào)查結(jié)果也出爐，不出意外的，前三名是由知名的半導體大廠意法半導體（ST）、Microchip、德州儀器（TI）所搶下。

針對物聯(lián)網(wǎng)市場，此次品牌票選居于首位的意法半導體認為，物聯(lián)網(wǎng)開啟了數(shù)十億智能連接設備使用無處不在的互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議技術進行相互通聯(lián)的潛力。物聯(lián)網(wǎng)使幾乎所有系統(tǒng)都能夠利用互聯(lián)網(wǎng)和云端運算生態(tài)系統(tǒng)，以進行創(chuàng)新并使各種對像變得更加智能和感知?；ヂ?lián)網(wǎng)連接設備數(shù)量的成長是由高質(zhì)量、高可靠的無線連接以及低成本低功耗嵌入式組件的廣泛可用性推動的。雖然物聯(lián)網(wǎng)設備有許多不同的外形，但它們都需要通用的功能構建區(qū)塊，例如處理和安全、感測和驅(qū)動、連接、信號調(diào)節(jié)、保護、電源和能源管理。

也因此，需要高水平的創(chuàng)新才能提供滿足市場中各種應用特定需求的解決方案。物聯(lián)網(wǎng)市場發(fā)展的技術包括無處不在的嵌入式處理，如人工智能、有線和無線連接、安全和保護、創(chuàng)新電源技術、云和邊緣計算以及大數(shù)據(jù)分析。在物聯(lián)網(wǎng)市場30多年的持續(xù)投資和經(jīng)驗，使ST能夠開發(fā)出一系列技術、產(chǎn)品和解決方案，為客戶提供針對不同應用的定制解決方案。特別是針對要求苛刻的工業(yè)等級物聯(lián)網(wǎng)應用，ST有能力為所有使用者提供解決方案。

品牌票選結(jié)果位居第二的Microchip，也積極發(fā)展智能、互聯(lián)且安全的物聯(lián)網(wǎng)設計，并提供整體系統(tǒng)解決方案。這些完整的方案簡化了創(chuàng)新有線和無線系統(tǒng)的開發(fā)，讓客戶可以更快地投入生產(chǎn)并加速將產(chǎn)品上市，以轉(zhuǎn)化成為實質(zhì)的收入。Microchip的解決方案利用了一個生態(tài)系統(tǒng)，其中包括了智能處理器、經(jīng)過認證的有線和無線連接，以及強大的安全性。此外，還透過即用型軟件和工具、并與云端運算公司策略合作提供全面的協(xié)助，使客戶從創(chuàng)意到云端連結(jié)的過程變得快速而輕松。

票選第三名的TI也擁有完整的物聯(lián)網(wǎng)解決方案。從傳感器到云端，TI透過完整解決方案來讓客戶準確感知、理解和傳輸智能化的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)。從功率組件、傳感器、連接組件、5G方案、人工智能和深度學習方面的進步，可幫助客戶為任何應用創(chuàng)造物聯(lián)網(wǎng)設計的下一步里程。TI的電路和設計工具以數(shù)十年的系統(tǒng)專業(yè)知識以及云端合作伙伴網(wǎng)絡為后盾。能夠解決客戶在電源、性能和安全方面的挑戰(zhàn)，并實現(xiàn)下一步目標，以加速進入市場。

至于其他品牌廠商，則是以些微票數(shù)居后，但仍各自擁有完整解決方案優(yōu)勢與特色。關于這次2021年IoT組件供貨商品牌暨采購行為年度調(diào)查結(jié)果，請參考圖一所示。

在這次的調(diào)查中，也同時進行了物聯(lián)網(wǎng)組件采購行為調(diào)查。在采購行為的調(diào)查結(jié)果，發(fā)現(xiàn)客戶在選擇購買物聯(lián)網(wǎng)組件的時候，最在乎的前三大關鍵要素分別是高整合度、支持服務，以及開發(fā)工具等。至于互連性能、升級兼容與無線技術等選擇，則分別列于第四、五、六位。

智慧化聯(lián)網(wǎng)新趨勢
事實上，物聯(lián)網(wǎng)解決方案的關鍵核心操作數(shù)件，多半都是采用Arm架構所打造。特別是在物聯(lián)網(wǎng)逐漸導入了AI與機器學習之后，成為更新一代的智慧聯(lián)網(wǎng)，賦予了新的能力，卻也使得整體解決方案變得更為復雜。因此，我們也特別透過Arm的視角來解讀物聯(lián)網(wǎng)市場，以期能更全面地掌握物聯(lián)網(wǎng)市場的發(fā)展趨勢。

Arm應用工程總監(jiān)徐達勇針對物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展就發(fā)表看法指出，運算從云端轉(zhuǎn)移至邊緣端甚至是終端裝置，一直是這幾年產(chǎn)業(yè)的大趨勢，而Edge AI及End-point AI也是近幾年熱議的話題。從產(chǎn)業(yè)開始對MCU-based的AI應用，或稱嵌入式機器學習（Embedded ML）、或微型機器學習（TinyML）的研究，到客戶端逐步采用，這些發(fā)展都相當值得關注。

 
TinyML被視為是一個快速發(fā)展的機器學習技術和應用領域，包括硬件、算法和應用軟件，能夠以極低的功耗（通常在mW范圍及以下）執(zhí)行設備上的傳感器數(shù)據(jù)分析，藉以實現(xiàn)各種長時間運作的應用，并滿足電池供電的設備需求，特別是物聯(lián)網(wǎng)設備?，F(xiàn)在市場需要的是，類似像在手機這類裝置上，就能輕松進行的引擎異常偵測、語音助理，或臉部解鎖支付。一旦這些工作要在終端裝置上執(zhí)行，牽涉到的是如何適當使用SoC的運算能力，并且與電力功耗取得完美的平衡。

面對智慧物聯(lián)在接下來的發(fā)展狀況，徐達勇表示，TinyML仍會是明年值得觀察的重點。從硬件來看，包括像是MVE（M-profile Vector Extension）向量擴充方案，Compute-in-Memory（內(nèi)存內(nèi)運算）等技術的發(fā)展，將如何進一步提升機器學習效能；而在軟件部分，則是如何讓軟件開發(fā)更加簡單好用、更易于移植到不同環(huán)境中。盡管市場相當看好TinyML對智慧聯(lián)網(wǎng)帶來的幫助，但也可關注業(yè)界將如何突破TinyML 的限制：例如對于超低功耗的要求（1TB/sec from SRAM > 1W 16nm），成本要更低、內(nèi)存使用更精簡、同時還要維持更高效的運算能力。

客戶采購需求

事實上，要滿足客戶的物聯(lián)網(wǎng)組件采購，需求可說是五花八門，而解決方案供貨商都必須要能一一滿足這些需求。Arm AIoT方案資深經(jīng)理黃晏祥針對這個議題指出，一般來說客戶在選擇智能聯(lián)網(wǎng)組件時，會考慮的因素包括了以下：

●實時性與低延遲：在許多情況下，將數(shù)據(jù)發(fā)送回云端進行處理是不可行的。減少數(shù)據(jù)往返時間不僅可以提高響應時間，而且在工業(yè)制造等作業(yè)中，實時處理對安全和營運相當重要。同樣的原則適用于車聯(lián)網(wǎng)的場景。因此，在智慧聯(lián)網(wǎng)的應用當中，可運用機器學習（ML），更快獲得訊息，并以極低延遲的效率傳遞給人或機器。

●安全（Security）與隱私保護：當物聯(lián)網(wǎng)裝置被廣泛的部署，而裝置上又收集到如此多的信息，有些甚至機敏的數(shù)據(jù)，信息安全對于物聯(lián)網(wǎng)從端到云整個過程都極為重要。企業(yè)在布署物聯(lián)網(wǎng)時，對于遵從哪套標準也莫衷一是。因此，Arm便推動了PSA認證制度，提供業(yè)界一致的標準。

●低功耗及易于使用：TinyML在硬件方面需要解決對于極低功耗的要求，在軟件上則需要滿足易于使用與移植。

●規(guī)?；c經(jīng)濟效益：物聯(lián)網(wǎng)最大的挑戰(zhàn)之一即是碎片化。之前許多企業(yè)傾向采用專用的（proprietary）系統(tǒng)，造成物聯(lián)網(wǎng)不易擴大規(guī)模（scale-up），導致經(jīng)濟效益不彰。目前Arm Project Centauri建立了開放標準架構，可以先就底層作業(yè)預作處理（如System Ready）、簡化設計流程，物聯(lián)網(wǎng)的相關開發(fā)者則可針對特定應用場景進行差異化的開發(fā)。同時，物聯(lián)網(wǎng)相關應用可以更容易且更快的開發(fā)，更快的反應市場趨勢并掌握商機，提高企業(yè)的投資報酬率。

結(jié)語
隨著半導體技術快速提升，現(xiàn)在可說在物聯(lián)網(wǎng)終端裝置上，設計與部署真正智能的時機。具備感知環(huán)境能力的裝置，能為其搜集到的數(shù)據(jù)與促成的服務，創(chuàng)造極大的價值。硬件與軟件近來的發(fā)展，將為原本資源受限的終端裝置平臺的能力，促成大幅度的改變，并讓開發(fā)人員結(jié)合終端裝置真正的智能，打造出視覺、語音與震動的能力。

持續(xù)推動AIoT產(chǎn)業(yè)去破碎化的觀念。傳統(tǒng)上使用Driver或者tooling來限定客戶，但是，當趨勢來到軟件定義（Software-define）的現(xiàn)在，想在某一個環(huán)節(jié)只使用自己專用的系統(tǒng)來形成對其他業(yè)者的進入障礙，已漸漸不可行。而是當有標準化平臺與共通標準時，物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系的業(yè)者才有機會掌握更多商機。