數(shù)字化轉(zhuǎn)型席卷全球，它推動(dòng)企業(yè)提高生產(chǎn)效率、改善醫(yī)療服務(wù)質(zhì)量，加強(qiáng)樓宇、公用設(shè)施和交通網(wǎng)絡(luò)的安全和能源管理。數(shù)字化的核心賦能技術(shù)包括云計(jì)算、數(shù)據(jù)分析、人工智能 (AI) 和物聯(lián)網(wǎng) (IoT)。數(shù)字化一個(gè)重要的趨勢(shì)是把更多工作任務(wù)下沉到通常部署在物聯(lián)網(wǎng)邊緣的智能設(shè)備上，這對(duì)設(shè)備提出了響應(yīng)更快、能效更高的要求。邊緣側(cè)的智能設(shè)備應(yīng)用重點(diǎn)集中在幾個(gè)領(lǐng)域，比如工業(yè)及工廠自動(dòng)化、泛智能家居應(yīng)用，以及包括智能交通、智能電網(wǎng)等的智慧城市和基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)用。不同領(lǐng)域會(huì)有不同的邊緣智能處理需求，意法半導(dǎo)體根據(jù)任務(wù)需求的區(qū)別可以為客戶提供MCU 和MPU 不同的解決方案，微處理器(MPU)系統(tǒng)通常更加復(fù)雜，處理性能、系統(tǒng)擴(kuò)展性和數(shù)據(jù)安全性更高，而微控制器(MCU) 系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)是簡(jiǎn)單和集成度高。

在技術(shù)演進(jìn)過(guò)程中，AI逐漸成熟并被廣泛應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域， AI最終目的就是速度更快在大的數(shù)據(jù)模型里面迅速找到想要的答案，邊緣AI則是希望能夠更高效的在邊緣端實(shí)現(xiàn)部分?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)搜索和算法以更快速獲取所需的答案。相比于現(xiàn)在爆火的大模型，邊緣AI的目的就是把大的數(shù)據(jù)模型經(jīng)過(guò)不斷地細(xì)分，然后下沉到邊緣端來(lái)做運(yùn)算，有幾十個(gè)或上千個(gè)邊緣端來(lái)完成一個(gè)大的任務(wù)。這種大的數(shù)據(jù)模型經(jīng)過(guò)客戶不斷地細(xì)分，再分到某幾個(gè)點(diǎn)上時(shí)可以通過(guò)一個(gè)邊緣AI 來(lái)完成原來(lái)需要服務(wù)器才能完成的任務(wù)。舉例來(lái)說(shuō)，原來(lái)一條產(chǎn)線上有多個(gè)機(jī)器視覺(jué)、目標(biāo)識(shí)別的設(shè)備，通過(guò)一個(gè)大算力的X86或者幾個(gè)X86再加上一個(gè)GPU的平臺(tái)來(lái)把這個(gè)任務(wù)完成?，F(xiàn)在通過(guò)一些下沉的方式可以有十幾個(gè)、二十幾個(gè)邊緣 AI的小設(shè)備來(lái)分擔(dān)多個(gè)任務(wù)，比如專門識(shí)別缺陷或?qū)ｉT做目標(biāo)分類的一些應(yīng)用，而達(dá)到原來(lái)需要一個(gè)大服務(wù)器來(lái)完成的任務(wù)。在減少書傳輸過(guò)程的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了降低功耗、降低成本的目的。

ST把高性能的MPU里面集成了NPU的目的就是要將AI任務(wù)下沉或分解到本地的邊緣AI 上，這樣不僅AI部署的成本更低、應(yīng)用更靈活、速度和整個(gè)系統(tǒng)集成方式更快，因?yàn)檫吘堿I 的工作更單一所以效率會(huì)更高。邊緣嵌入式MPU中集成多個(gè)NPU處理單元將是未來(lái)嵌入式運(yùn)算的趨勢(shì)。這種趨勢(shì)得益于異構(gòu)計(jì)算架構(gòu)能夠讓客戶的AI應(yīng)用更靈活，比如在大的數(shù)據(jù)處理上可以通過(guò)一個(gè)高算力核來(lái)做，在實(shí)時(shí)性的信號(hào)采集和監(jiān)控上可以通過(guò)一個(gè)實(shí)時(shí)的MCU核來(lái)做，這種異構(gòu)方式讓一顆 MPU可以同時(shí)滿足實(shí)時(shí)處理又帶來(lái)高算力能力。

意法半導(dǎo)體的新一代STM32MP2微處理器（MPU）將為構(gòu)建這個(gè)不斷發(fā)展的數(shù)字世界的新一代設(shè)備提供動(dòng)力。這些設(shè)備包括工業(yè)控制器和機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)、掃描儀、醫(yī)療可穿戴設(shè)備、數(shù)據(jù)聚合器、網(wǎng)關(guān)、智能家電以及工業(yè)和家庭機(jī)器人等。STM32MP2是意法半導(dǎo)體面向邊緣AI應(yīng)用的重點(diǎn)產(chǎn)品，主要的應(yīng)用方向包括了工業(yè)及工廠自動(dòng)化、泛智能家居領(lǐng)域，智能網(wǎng)關(guān)、家居網(wǎng)關(guān)之類以及智慧城市系列的智慧交通、智慧基礎(chǔ)設(shè)施等等。STM32MP2系列產(chǎn)品內(nèi)置一個(gè)1.35tops NPU來(lái)處理AI的算法，但是AI生態(tài)系統(tǒng)不僅僅可以跑在NPU上，也可以跑在CPU和GPU上面。STM32MP2 MPUs為要求苛刻且時(shí)間敏感的工作任務(wù)、人工智能推理和通信而專門設(shè)計(jì)，同時(shí)具有先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)安全性。作為一款真正的異構(gòu)處理引擎，在64 位Arm Cortex-A35 CPU主處理器之外還集成一顆Cortex-M33微控制器(MCU)，此外還配備了圖形處理器(GPU)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理器(NPU)和視頻處理器(VPU)。根據(jù)處理器的負(fù)載情況和應(yīng)用需求，AI任務(wù)可以運(yùn)行在CPU、GPU或NPU上，以實(shí)現(xiàn)最佳性能和能效，釋放應(yīng)用潛力。在AI 執(zhí)行引擎方面，首選NPU執(zhí)行AI應(yīng)用，如果算力需求更高，那么可以把CPU與CPU同時(shí)運(yùn)用起來(lái)，提升邊緣側(cè)計(jì)算能力，識(shí)別速度會(huì)更快。STM32MP2能效很高，系統(tǒng)中無(wú)需設(shè)計(jì)主動(dòng)散熱機(jī)制，從而帶來(lái)更小的尺寸、靜音運(yùn)行、更高的可靠性和更低的功耗等優(yōu)勢(shì)。ST 微處理器與Yocto Linux的無(wú)縫集成簡(jiǎn)化了的開發(fā)過(guò)程，降低了產(chǎn)品創(chuàng)新的難度。

那么在AI算力上，如何讓NPU、GPU、CPU同時(shí)加持AI或邊緣算力的算法，根據(jù)意法半導(dǎo)體不同的分布式采取的方式，可以讓任務(wù)部署到不同單元上面進(jìn)行算力有效調(diào)配。在低功耗和功耗平衡上考慮，第一選擇1.35 TOPS的NPU單元，NPU在激活時(shí)會(huì)消耗功率，但它是為能效而設(shè)計(jì)的，消耗的功率明顯低于執(zhí)行相同AI模型的CPU。第二選擇Cortex-A35內(nèi)核 這兩個(gè)就是出于功耗與性能平衡之間的選擇。在NPU上全速跑某一個(gè)算法, NPU可能會(huì)出現(xiàn)一些功率峰值，但SOC消耗的能量將比僅由CPU執(zhí)行任務(wù)時(shí)消耗的能量少得多。在NPU上跑好處之一是讓CPU完全可以空閑下來(lái)做其他任務(wù)，不做其他任務(wù)可以休眠。這種方式的整體功耗是偏低的。

邊緣側(cè)AI應(yīng)用部署和云端略有不同，首先要有數(shù)據(jù)模型進(jìn)行數(shù)據(jù)模擬訓(xùn)練，意法半導(dǎo)體不僅支持工程師使用自己的數(shù)據(jù)模型，還可為開發(fā)者提供面向應(yīng)用的優(yōu)化模型庫(kù)，用戶可以選擇其中的一個(gè)模型來(lái)建立邊緣AI計(jì)算的能力。為了服務(wù)MPU的邊緣側(cè)應(yīng)用，意法半導(dǎo)體還提供離線編譯器支持桌面或云端的模型優(yōu)化、量化和轉(zhuǎn)換應(yīng)用，確保用戶可以在本地主機(jī)完成相關(guān)任務(wù)操作。STM32 模型庫(kù)提供了4 類模型，第一類是運(yùn)動(dòng)姿勢(shì)估算，第二類是圖像分類，語(yǔ)義分割、物體檢測(cè)等等。

這里所有模型ST均免費(fèi)提供給工程師來(lái)使用的，這些模型ST托管在GitHub上，客戶可以通過(guò)自己的任何一個(gè)應(yīng)用抓取任何一個(gè)模型，訓(xùn)練自己的代碼，驗(yàn)證自己的應(yīng)用和這個(gè)模型選擇是否適合你的AI邊緣應(yīng)用。物聯(lián)網(wǎng)硬件安全是開發(fā)者在開發(fā)可信設(shè)備時(shí)追求的永恒目標(biāo)。難點(diǎn)在于為MCU 嵌入式硬件帶來(lái)高安全性，實(shí)現(xiàn)MPU級(jí)別的處理性能，同時(shí)保證出色的成本效益，這三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)在市場(chǎng)上通常無(wú)法同時(shí)滿足。在采用這些新的STM32H7 MCU后，設(shè)備廠商可以更快、更經(jīng)濟(jì)地開發(fā)智能家電、智能樓宇控制器、工業(yè)自動(dòng)化和個(gè)人醫(yī)療設(shè)備，滿足終端市場(chǎng)用戶日益增長(zhǎng)的需求。具體用例包括增加更豐富多彩的圖形用戶界面，同時(shí)執(zhí)行多個(gè)不同的功能。這些設(shè)計(jì)往往需要用微處理器(MPU) 才能實(shí)現(xiàn)。

STM32H7R和STM32H7S兩款微控制器集成了其NeoChrom GPU圖形處理器，能夠?qū)崿F(xiàn)MPU 級(jí)別的圖形用戶界面(GUI)，具有豐富的色彩，支持動(dòng)畫播放和3D圖效。這兩款MCU 還集成了顯示控制器，能夠處理絢麗的高清彩色用戶界面，在過(guò)去，小小的微控制器很難勝任這個(gè)工作。運(yùn)行圖形用戶界面僅占用大約10%的主CPU性能，因此，目標(biāo)應(yīng)用能夠提供媲美智能手機(jī)的用戶體驗(yàn)，同時(shí)還能運(yùn)行邊緣人工智能、通信和實(shí)時(shí)控制等要求苛刻的應(yīng)用程序。不過(guò)，H7R 的GPU 是2.5D的，只能跑圖形顯示的東西，這個(gè)系列的AI只能跑在MCU的處理內(nèi)核上。