德州儀器：邊緣智能的“芯”動力

隨著物聯(lián)網(wǎng)和人工智能技術(shù)的飛速發(fā)展，邊緣智能正逐漸成為推動數(shù)字化轉(zhuǎn)型的重要力量。近日，我們有幸采訪到了德州儀器中國區(qū)技術(shù)支持總監(jiān)師英先生，深入探討了德州儀器在邊緣智能領(lǐng)域的芯片設(shè)計創(chuàng)新技術(shù)、實時性優(yōu)化以及數(shù)據(jù)安全保護等方面的成果和應(yīng)用。

德州儀器中國區(qū)技術(shù)支持總監(jiān) 師英

師英先生首先介紹了德州儀器在邊緣智能芯片設(shè)計上的創(chuàng)新。他提到，德州儀器的低功耗Arm? Cortex?微處理器在保持高性能的同時，實現(xiàn)了低功耗設(shè)計，特別適用于電池供電的系統(tǒng)，如掃地機器人和門鈴等。在智能安防領(lǐng)域，這種低功耗芯片使攝像頭等設(shè)備能夠長時間穩(wěn)定運行，無需頻繁更換電池或充電，極大地提高了系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。就比如，工廠攝像頭可以實時監(jiān)測和預(yù)警機械故障，減少生產(chǎn)線的停機時間，提高生產(chǎn)效率。

此外，德州儀器在芯片設(shè)計中集成了硬件加速器。這些加速器針對特定的 AI 算法進(jìn)行了優(yōu)化，能夠大幅提升處理速度，同時降低功耗。在智能安防領(lǐng)域，例如工廠中的攝像頭持續(xù)監(jiān)測設(shè)備，利用這種芯片技術(shù)可以實時分析和預(yù)測機械故障，為工廠的安全生產(chǎn)提供了有力保障。落實到具體，機器人利用德州儀器的芯片技術(shù)，可以精準(zhǔn)地完成各種復(fù)雜任務(wù)，如裝配、搬運等，大大提高了生產(chǎn)自動化水平。

德州儀器的芯片設(shè)計還注重集成度，通過高度集成的嵌入式處理器將多種元件整合到一個芯片中。其中就以 AM68A、AM69A、TDA4VM 和 TDA4VH-Q1 等高度集成的嵌入式處理器為代表，將多種元件整合到一個芯片中，包括中央處理單元、片上存儲器、輸入/輸出接口等。這種高度集成的設(shè)計不僅簡化了系統(tǒng)設(shè)計，還提高了能效，減少了熱量散發(fā)。在智能工業(yè)中，這種集成化的芯片可以簡化機器人的整體設(shè)計，提高性能，降低功耗，從而延長機器人的使用壽命。這種設(shè)計在智能工業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用，能夠簡化機器人的整體設(shè)計，提高性能并降低功耗。

針對自動駕駛汽車和遠(yuǎn)程醫(yī)療等實時性要求極高的應(yīng)用場景，師英先生介紹了德州儀器如何通過優(yōu)化硬件來降低延遲和響應(yīng)時間。他提到，德州儀器推出了由視覺處理器組成的全新系列，包括AM62A、AM68A和AM69A處理器。該產(chǎn)品系列采用片上系統(tǒng) (SoC) 架構(gòu)，該架構(gòu)支持廣泛集成。集成組件包括 Arm Cortex-A53 或 Cortex-A72 中央處理單元、第三代德州儀器圖像信號處理器、內(nèi)部存儲器、接口和硬件加速器，可為深度學(xué)習(xí)算法提供每秒 1 萬億次至 32 萬億次運算 (TOPS) 的 AI 處理功能。

當(dāng)我們問到相關(guān)產(chǎn)品的實際應(yīng)用場景時，師英先生進(jìn)一步向我們介紹道，德州儀器的邊緣智能硬件通過實時處理傳感器數(shù)據(jù)和控制信號，保障車輛的安全行駛。比如，AM62A 處理器包含支持 5MP (60FPS) 的圖像信號處理器 (ISP)、高達(dá) 32 萬億次運算/秒 (TOPS) 的 AI 加速器、四核 64 位 Arm?-Cortex? A53 微處理器、單核 Arm? Cortex?-R5F 和 H.264/H.265 視頻編碼/解碼。其高度集成的高能效片上系統(tǒng)架構(gòu)，使智能攝像頭的本地 AI 處理能力可以實現(xiàn)高幀速率視頻分析，從而實時識別和分析道路狀況、交通信號以及障礙物等信息，為自動駕駛系統(tǒng)提供精確的環(huán)境感知和決策支持，提高了自動駕駛系統(tǒng)的安全性和可靠性，使得自動駕駛汽車能夠更好地適應(yīng)各種復(fù)雜的道路和交通環(huán)境。

在談到如何平衡半導(dǎo)體的集成度、功耗和可靠性時，師英先生表示：“在邊緣智能應(yīng)用領(lǐng)域，我們需要綜合考慮多個因素，以實現(xiàn)最佳的性能和效率?！?/p>

德州儀器通過采用高度集成的SoC架構(gòu)，成功地將CPU、存儲器、I/O接口、硬件加速器和視覺處理器等多種元件集成于單一芯片中。這種集成不僅提高了能效，減少了熱量散發(fā)，還簡化了系統(tǒng)設(shè)計，縮短了數(shù)據(jù)傳輸時間，降低了系統(tǒng)成本和重量。

在功耗方面，德州儀器的SoC架構(gòu)使得工業(yè)機器人能夠更精準(zhǔn)、快速、可靠地執(zhí)行任務(wù)，提高生產(chǎn)力，減少對人工干預(yù)的需求。同時，德州儀器的高級電源管理功能還有助于延長電池供電機器人的電池壽命。

隨后我們問到了邊緣智能領(lǐng)域用戶們最關(guān)心的數(shù)據(jù)安全和隱私保護問題，師英先生回答道，德州儀器在邊緣智能硬件中集成了多項加密和安全功能。例如，我們的產(chǎn)品支持加密的密鑰 blob、具有主密鑰的防篡改模塊，以及非易失性存儲器和加密加速器之間的私鑰總線等安全功能。這些功能共同構(gòu)成了一個強大的安全防線，以保護邊緣設(shè)備中的敏感數(shù)據(jù)免受未經(jīng)授權(quán)的訪問和攻擊。不僅如此，德州儀器還進(jìn)一步采用了硬件級別的加密技術(shù)，包括安全的啟動和固件更新機制，防止惡意軟件的攻擊和篡改。此外，我們還提供了安全的通信接口，如 TLS/SSL 協(xié)議支持，確保數(shù)據(jù)傳輸過程中的機密性和完整性。在諸多安全措施的保護下，在智能零售應(yīng)用中，德州儀器的邊緣智能硬件通過本地處理數(shù)據(jù)的方式不僅縮短了交易時的響應(yīng)時間，還減少了數(shù)據(jù)被未經(jīng)授權(quán)訪問的風(fēng)險。這種方式在提高數(shù)據(jù)安全性的同時，也優(yōu)化了用戶體驗。

最后談及目前邊緣智能的市場和未來發(fā)展，師英也坦言道，德州儀器一直密切關(guān)注邊緣智能技術(shù)的發(fā)展趨勢，并積極應(yīng)對市場變化。在邊緣智能領(lǐng)域取得成功，關(guān)鍵在于不斷創(chuàng)新和優(yōu)化產(chǎn)品，以滿足客戶對性能、功耗和安全性的需求。如 AM68A、AM69A 等。通過采用先進(jìn)的工藝技術(shù)和設(shè)計理念，德州儀器成功地將更多的功能集成到單個芯片中，降低了功耗，提高了性能。使得產(chǎn)品能夠在邊緣設(shè)備上實現(xiàn)實時智能和響應(yīng)，為各種應(yīng)用場景提供強大支持。而德州儀器也一直緊跟市場脈搏，不斷創(chuàng)新優(yōu)化產(chǎn)品，力求滿足客戶的多元化需求。面對不斷變化的市場，德州儀器推出的 Edge AI Studio 等工具，為設(shè)計人員提供了一個“低代碼”的體驗。這些工具極大地降低了 AI 部署的門檻，使非專家人員也能輕松開發(fā)和測試 AI 模型。過去，深層次的編碼專業(yè)知識是阻礙邊緣 AI 部署的一大難題，但現(xiàn)在，設(shè)計人員無需具備這些專業(yè)知識或技能，就能構(gòu)建神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和 AI 算法，為設(shè)備賦予智能和“大腦”。這一創(chuàng)新不僅簡化了 AI 的部署流程，還拓寬了 AI 技術(shù)的應(yīng)用范圍，為半導(dǎo)體廠商開拓了更廣闊的市場。

展望未來，師英表示，邊緣計算將與人工智能更深度地融合。隨著數(shù)據(jù)處理和分析能力的不斷提升，邊緣設(shè)備將能夠?qū)崟r地執(zhí)行更復(fù)雜的任務(wù)，如圖像識別、語音識別和自然語言處理等。這將使得邊緣智能設(shè)備在智能家居、自動駕駛、工業(yè)制造等領(lǐng)域的應(yīng)用更加廣泛和深入。

低功耗和高效能將成為邊緣智能技術(shù)發(fā)展的重要方向。由于邊緣設(shè)備通常部署在資源受限的環(huán)境中，因此，如何在保證性能的同時降低功耗，提高能效，將成為技術(shù)研發(fā)的重點。這也將推動芯片設(shè)計、電源管理等相關(guān)技術(shù)的不斷創(chuàng)新。

邊緣智能技術(shù)的安全性和隱私保護將受到越來越多的關(guān)注。隨著邊緣設(shè)備越來越多地處理個人和敏感數(shù)據(jù)，如何確保數(shù)據(jù)的安全性和隱私性將成為技術(shù)發(fā)展的重要考量。

在采訪的最后師英先生表示，德州儀器一直致力于為邊緣智能應(yīng)用提供高效、可靠的硬件和軟件解決方案。未來幾年，德州儀器將繼續(xù)加強在嵌入式處理器、傳感器和低功耗設(shè)計等領(lǐng)域的研發(fā)投入，推出更多具有創(chuàng)新性的邊緣智能產(chǎn)品。在未來，我們會進(jìn)一步擴大嵌入式 AI 的應(yīng)用范圍，為工業(yè)現(xiàn)場控制應(yīng)用例如電弧檢測和電機故障預(yù)測等應(yīng)用賦能。

（本文刊登于EEPW 2024年第6期）