作者： Pete Bartolik

科技巨頭們?yōu)閷崿F(xiàn)生成式人工智能 (GenAI) 商業(yè)化而展開的金融競賽在某種程度上掩蓋了在人工智能方面所做的大量工作，特別是在網(wǎng)絡(luò)邊緣，供應(yīng)商們迫切希望人工智能應(yīng)用能夠在物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備上運行，而這些設(shè)備通常會受到內(nèi)存、帶寬和功耗的限制。

[Analog Devices, Inc.] 的一款微控制器 (MCU) 集成了低功耗卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) (CNN) 加速器，可在電池供電型設(shè)備上處理人工智能推斷，從而突破邊緣處理的限制。

鑒于 GenAI 的主要投資方向是積累海量數(shù)據(jù)和增強(qiáng)處理能力，就需要大規(guī)模數(shù)據(jù)中心和大量電能，而邊緣 AI 則是通過模型在本地高效地運行數(shù)據(jù)，這些模型可以識別物體、分析醫(yī)療圖像、處理汽車攝像頭反饋以識別障礙物、行人和道路標(biāo)志，從而實現(xiàn)安全駕駛。

CNN 可以在邊緣處理圖像數(shù)據(jù)，檢測異常情況并監(jiān)控工廠車間的設(shè)備運行狀況。此外，CNN 在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域可用來檢測害蟲和作物生長狀況，處理來自無人機(jī)、機(jī)器人和智能攝像頭的圖像。

針對深度 CNN 進(jìn)行了優(yōu)化

ADI 的 [MAX78002] 是一款先進(jìn)的超低功耗片上系統(tǒng)，采用了帶浮點單元 (FPU) 的 [Arm] Cortex-M4 處理器和基于硬件的加速器，并且專為深度 CNN 和需要物體識別功能的任務(wù)進(jìn)行了優(yōu)化。

通過權(quán)值（或參數(shù)）將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中的神經(jīng)元連接起來，以控制其行為。ADI 的 CNN 引擎擁有 2 MB 權(quán)值存儲內(nèi)存，可支持 1、2、4 和 8 位權(quán)值，以及多達(dá) 1600 萬權(quán)值的復(fù)雜神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。這樣，就可以在邊緣設(shè)備上實現(xiàn)先進(jìn)的人工智能應(yīng)用，而且由于 CNN 權(quán)值內(nèi)存基于 SRAM，因此可以在運行期間更新模型。

CNN 加速器可提供最大 2048 x 2048 像素的可編程輸入圖像尺寸，可讓設(shè)計人員能夠靈活地設(shè)計應(yīng)用，使其應(yīng)用能夠處理高分辨率醫(yī)學(xué)成像，或在資源有限的設(shè)備上處理較小的輸入尺寸。

可編程網(wǎng)絡(luò)深度多達(dá) 128 層，因此可以在應(yīng)用的表現(xiàn)力和效率之間取得平衡。此外，多達(dá) 1024 個通道的可編程每層網(wǎng)絡(luò)通道寬度使用戶能夠利用更寬的通道捕捉更豐富的特征，或使用更窄的寬度來節(jié)省存儲器和計算資源。

MAX78002 支持多種高速、低功耗通信接口，包括 I^2^S、MIPI CSI-2 串行攝像頭、并行攝像頭 (PCIF) 和 SD 3.0/SDIO 3.0/eMMC 4.51 安全數(shù)字接口。這使得該器件非常適合廣泛的人工智能應(yīng)用，包括工業(yè)傳感器、過程控制、在線質(zhì)量保證視覺系統(tǒng)、便攜式醫(yī)療診斷設(shè)備、工廠機(jī)器人和無人機(jī)導(dǎo)航。

電源管理是關(guān)鍵

超低功耗微控制器對邊緣人工智能應(yīng)用至關(guān)重要，在依賴電池供電型物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備時尤其如此。ADI 表示，MAX78002 在處理人工智能推斷時的能耗僅為幾個微焦。

這款人工智能 MCU 擁有內(nèi)置單電感多輸出 (SIMO) 開關(guān)模式電源 (SMPS)，支持 2.85 V 至 3.6 V 供電電壓范圍，可適應(yīng)各種電源。此外，通過這款 MCU，還可選擇控制外部開關(guān)，為 CNN 提供來自外部的專用電源。

MAX78002 的電源管理單元 (PMU) 可以智能方式精確地控制 CPU 和外設(shè)電路之間的電源分配，從而以最小的功耗支持高性能運行。

單片電源架構(gòu)可采用單節(jié)鋰電池供電。用戶可對 SIMO 中的三個降壓穩(wěn)壓器輸出進(jìn)行電壓編程，以確保獲得最佳的功耗效率。由于 MAX78002 只需一個電感器/電容器，因此供應(yīng)商可以減少電路設(shè)計的物料清單。

集成動態(tài)電壓調(diào)節(jié) (DVS) 控制器可以自適應(yīng)方式調(diào)節(jié)電壓，從而降低動態(tài)功耗。通過使用固定的高速振蕩器和 VCOREA 電源電壓，DVS 控制器可以在最低的實際電壓下運行 Arm 內(nèi)核，從而使產(chǎn)品設(shè)計人員能夠在性能要求和功耗限制之間取得平衡。Arm 外設(shè)總線接口用于控制和狀態(tài)訪問。

微控制器內(nèi)核具有 2.5 MB 閃存大型片載系統(tǒng)存儲器，以確保程序和數(shù)據(jù)存儲器的非易失性存儲，而其 384 KB 內(nèi)置 SRAM 可在除“斷電”以外的所有電源模式下以低功耗形式保留應(yīng)用信息。

簡化 MAX78002 應(yīng)用

ADI 提供的 [MAX78002EVKIT] （圖 1）評估套件為利用 MCU 構(gòu)建人工智能應(yīng)用提供了寶貴的資源，其中包括一個 2.4 英寸 TFT 顯示屏，用于增強(qiáng)交互式 UI 開發(fā)和人工智能推理過程的結(jié)果可視化。

圖 1：MAX78002 應(yīng)用評估套件包括一個用于交互式 UI 開發(fā)的 2.4 英寸 TFT 顯示屏、一個用于功耗跟蹤的輔助顯示屏。（圖片來源：Analog Devices, Inc.）

使用評估板，MAX78002 的能耗可由蓄能器跟蹤，并在輔助 TFT 顯示屏上顯示格式化結(jié)果。

評估套件包括 USB 2.0、SWD JTAG 插座、通過 USB 的 UART 訪問和雙行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) QWIIC 連接器，因此方便調(diào)試、編程以及連接其他器件。

結(jié)束語

邊緣物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備有限的內(nèi)存、帶寬和功耗是開發(fā)人工智能邊緣應(yīng)用的一大挑戰(zhàn)。ADI 的 MAX78002 MCU 為開發(fā)具有推理功能的各種高能效 AI 應(yīng)用提供了一條清晰的途徑。借助 MAX78002EVKIT，開發(fā)人員可以隨時使用工具進(jìn)行快速原型開發(fā)、支持觸摸功能的 UI 開發(fā)、外設(shè)集成和能耗跟蹤。請觀看[拆箱視頻] ，快速了解評估套件的內(nèi)容。

審核編輯 黃宇