AIOT產業應用趨勢及SOC選型考量

2021-12-21


AIOT = AI + IOT

      物聯網時代的IOT裝置,不論組成規模;目的是資料搜集或事件通報,後者著重時效性,能針對事件快速通知使用者,以利即時反應,前者則具規劃性質,通過連線將資料回傳伺服器做大數據分析,找出特定規律,進而提升經濟、生活等方面運作的效率;如城市路況偵測,可進行擁塞預警、號誌優化管控;如智能電網能瞭解各地區尖離峰用電狀況,做為配電/電價等政策性調整;個人部份也有相關裝置,如智能手環能搜集身體資訊,長期累積的數據結合醫學經驗,可做為後續照護的參考;然而這些裝置所扮演的角色,著重於有效率的收集資料,無法篩檢、分析,一旦時間長了其資料就越加冗餘,浪費儲存空間,也增加後台處理負擔。

      人工智能AI的出現,可以很好的解決以上的問題,這歸功於SOC加入神經網路運作單元NPU後,獲得運行演算法的能力,再配合各式傳感器Sensor,讓IOT裝置像是多了大腦及視覺/聽覺,具備更聰明處理數據的能力,可主動做出對應的動作,具體例子如無人商店的AI-CAM,結合視覺的影像辨識/人流追蹤,商品辨識,讓購買過程順利且有效率;如家用智能音箱,由原本僅用內建麥克風聽取指令,做些查詢資料、撥放音樂等簡單服務,在加入Camera後,即可升級為智能管家,不但能協助控制家電開關優化環境,還能做為監控裝置、或老人摔倒警示等AI服務;由此可知,在原先IOT應用加入人工智能後,即能創造出各式實用且具加值的功能,讓更多廠商願意投入進來,進而擴大整體AIOT生態商機。

 

SOC在AIOT扮演的角色

      SOC是將CPU及其它電子系統如GPU/記憶體控制器等,整合到單一晶片的積體電路,它可有效降低產品開發難度及硬體空間,依整合規模大小,可應用於各式嵌入式系統中,利於佈建於物聯網節點或未端設施;如常見的IPCAM、各種傳感設備(煙霧偵測/空氣品質偵測/位移偵測等等)。這些設備依其操作環境的特性,對於處理器的體積/ 功秏/ 效能/ 作業系統均有要求,說明如下:

1. 體積:不單指SOC的尺寸,廣泛是指其整合性,CPU內核數、GPU、記憶體控制器、週邊介面、GPIO等等,整合性越高的SOC,額外需求的芯片則越少,PCB所需空間則越簡潔。

2. 功秏:滿載時功秏,與製程工藝息息相關,製程越先進,消秏功率越低,將直接影響系統的散熱及機構設計。

3. 作業系統:移動式及嵌入式IOT裝置主流作業系統是Android/ Linux/ Ubuntu,這些OS優點是執行速度快,所需儲存空間少於Windows系統,一般使用eMMC即可,助於降低成本。

 

AIOT SOC的需求:

綜合以上AIOT產業特性,SOC對應規格說明如下:

1. CPU:中央處理器,負責執行系統的指令/程序,是決定產品執行效率的關鍵;ARM base為嵌入式系統主流,其內核目前架構更迭至v8.2,效能依次為高階A76,中階A55,低階A35;其次影響效能的是核心數量,整合越多內核其效能越益提昇,高階的SOC除核心數多,另會設計大/小核架構,進一步優化不同工作量場景的功秏。

2. GPU:圖形處理器,主要負責系統顯示及繪圖相關的工作,目前高階以Mali-G72,中階G51,低階G31;規格越高越能處理更高解析度的圖形/影片,也能提供更流暢的操作體驗。

3. 內建NPU(神經網路硬件加速單元),負責執行AI演算,產品具備人工智能能力的關鍵單元。

4. 系統功秏,影響此規格的除了CPU運作速度外,關鍵是製程工藝,基於AIOT裝置為全天候操作,全載功秏越低越佳 (<5W)

5. 需求豐富的外接介面,USB3.0/ UART/ I2C/ SPI/ GPIO, SATA/ RGMII/ QSGMII/ PCIe3.0,使產品具設計彈性及多樣化。

 

 

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