【查看厂商产品】雅特力AT32 MCU「芯」势力崛起 驱动AIoT「芯」未来 2023-02-25

 随半导体的微缩技术不断精进,物联网不仅将设备自动化、撷取数据及远程控制等,同时结合AI技术,成为AI+IoT。AIoT意即将IoT导入AI人工智能系统,从工业应用领域发展到人们的日常生活中,为众多产业带来更多创新应用。AIoT旨在使个人获得安全、舒适与便利性的最佳服务体验,透过设备收集外部数据数据进行深度学习,利用多层次神经网络训练系统,再以高运算力进行行为预测,和仿人类做出判断决策。然而深度学习需要大量的内存和CPU资源存于大型服务器,在传统的云端模式中,将数据直接导回云端进行处理,除了建置成本高,必须考虑信息传送延迟性问题以及安全隐私风险也是一项重点考虑。

因应企业对数据传输的延迟性、信息安全以及可靠性日益重视,透过数字转型将终端设备进行边缘计算,让更多的运算工作放在靠近数据产生的地方,在传输数据的过程中,尽可能地减少往返时间,避免因通讯中断而使设备发生错误讯号,同时加快反应效率、降低成本、提高可靠性和安全性。MCU在实现边缘AI(Edge AI)或终端AI(Endpoint AI)中成为主要关键核心,由于在应用方面MCU的优势为低功耗、开发速度快和降低开发成本,从嵌入式机器学习(Embedded ML)到微型机器学习(Tiny ML)皆是MCU所发挥之处,根据性能的不同,用来进行复杂的AI运算程度也不同。

MCU-Based AI,强调实时决策和反应速度,具有低功耗、低延迟、低成本和高安全性的优势,结合数字信号处理器(DSP)和机器学习(ML),用于分类、辨识、预测及推理判断,如传感器侦测、马达振动分析和语音识别等多项应用于工业控制、电机控制和消费性电子等产业。更高性能的MCU可实现复杂的计算机视觉和成像应用,如指纹分析、脸部辨识和协作机器人等。当AI算法不断更新,MCU也必须强化及扩充功能,才能确保其稳定性及安全性,将场景应用到更多产业中,实现真正的AIoT。随着装置联网需求渐增,形成规模化成长,大量的人机互动和高速通讯的拓展,系统日益复杂化,需要依靠人工智能来辅助人类管理及控制,实现高度「智」动化。

雅特力作为32位通用型MCU创新领导者,共12大产品线,分为低功耗、超值型、主流型、无线型和高效能五大功能产品,近200个型号,全系列采用55nm先进制程的ARM○R-Cortex○R-M4高效能或M0+低功耗内核,高质量微控制器和完整的开发工具生态链,帮助客户快速导入产品、缩短生产周期和稳定供货。雅特力AT32 MCU实现AIoT的关键优势包含四大特点:

 
 

高效能降低延迟和效率极大化

低延迟可用来实时控制和加快反应效率。主流型AT32F403A/407系列和高效能AT32F435/437系列MCU能够解决低延迟的难题,主频方面从240MHz~288MHz,首创业界最高主频,同时支持FPU浮点运算,提供256~4032KB Flash、96~512KB SRAM超大内存选用,丰富的外设资源和可扩充性,支持XMC储存器扩增,和多通道12-bit高速ADC及DAC,将AT32 MCU关键应用组件和功能区块整合,实现开发效率和降低成本。AT32 MCU全系列产品中,相当具有竞争力的AT32F435/437系列,在CPU运算效能高达360DMIPS,CoreMark跑分可高达1002.74分(3.482 CoreMark/MHz),大幅提升设备运作效能。而通讯传输的稳定性作为串连整个物联网系统中的重要能力,AT32F407系列和AT32F437系列,兼容IEEE-802.3 10/100Mbps以太网络控制器,且AT32F435/437系列采用高速5.33Msps ADC独立引擎,提升传输速率和稳定性,满足各种运动控制和智能控制对高运算力的需求。

高精确度和可靠性

精确度通常与传感器或物联网节点应用相关,传感器具备感应、无线通信和处理信息的能力,透过AI算法所产生的推理、预测行为并做出判断,MCU正是针对此类需求提供完美的解决方案。如超值型AT32F415系列,以高达150MHz的CPU速度优势和支持多种通讯接口,如UART、SPI、I2C、SDIO、USB OTG及CAN等丰富外设集成,成为Amazon合作伙伴之一,应用于智能家居方案。当MCU运行Amazon Connect Kit(ACK)协议,设置Wi-Fi连网,透过智能音箱Amazon Echo或Alexa APP语音控制,为传统墙面开关添加语音功能和调光控制系统,轻松升级智能调光开关;而超值型AT32F425系列,以USB OTG高性价比为特色,主频96MHz,CPU运算效能高达120DMIPS,CoreMark跑分可高达326.57分(3.402 CoreMark/MHz)。内存最高可支持68KB Flash达最大空间使用和20KB SRAM,外设集成OTG控制器、CAN总线、红外线(IR)定时器、4组USART和一个2Msps的12-bit ADC等,由各项关键组件所组成,满足客户对于设备的高速数据采集和混合讯号处理应用要求,降低开发难度与成本,同时提高精确度和确保讯号的完整性。

低功耗运行和快速唤醒能力

由于短时间内终端设备必须快速进行高速数据采集和通讯传输,低功耗MCU用来解决设备在进行边缘运算时,能有效处理内存空间和通讯时间降低能耗。多数终端设备皆采用电池作为主要供电来源,为使其延长供电时间,雅特力在研发产品方面,AT32 MCU全系列支持睡眠(Sleep)、深睡眠(Deepsleep)及待机(Standby)三种模式,且具备多个WKUP引脚高速唤醒待机模式,实现低流运行、低流待机及快速唤醒能力。

常见的物联网应用场域小至家庭大至整个城市系统网络,无线则是串起IoT系统中最重要的通讯方式。当采集讯号设备散布在各场域内,无法依靠人工频繁地更换电池,就必须透过低功耗MCU来维持设备的长时间运作,因此雅特力整合一款无线型AT32WB415系列,兼具低功耗和无线功能,采用蓝牙5.0,主频高达150MHz,CPU运算效能高达187.5DMIPS,CoreMark跑分可高达400.84分(2.672 CoreMark/MHz)。提供丰富的通讯接口及内存资源,集成蓝牙射频(RF)收发器和基带(baseband)功能,且蓝牙接收(RX)最大值可达到-97 dBm,发射功率(TX)介于-20 dBm至+4 dBm。产品中内置天线,支持超过30m有效范围距离传输,传输速度最快可达到2Mbps,AT32WB415系列在价格上具有竞争优势,对于一些成本敏感的联网装置不失为理想选择。

提升数据安全性及隐私

数据保护在终端装置进行联网时所产生的大量敏感数据,必须确保用户隐私和数据安全。MCU在数据储存中的受保护区管理(带有硬件的访问控制)和严格的编程流程规划以及操作中管理访问权限的应用至关重要。雅特力自行开发的sLib安全库(Security Library),可支持密码保护指定范围程序区,方案商刻录核心算法到此区域,提供给下游客户做二次开发,强化产品本身的安全性、可靠性和二次开发的使用便利性。透过建立完整的系统生态链,包含开发环境、实时操作系统(RTOS)以及通过雅特力验证的第三方软件资源,符合国际电工委员会(IEC)制定的IEC-60730国际安全标准规范,强大丰富的资源与便利性,有助于产品快速开发上市。

未来无论在哪个应用领域上,皆需要更多的联网设备,尤其在工业物联网、消费性电子和无线产品等,这些设备都需具备多元的通讯,和更复杂的运算控制能力,因此更加需要32-bit MCU提供高运算、高速数据传输和强大的数据处理。身为MCU芯片开发者随时面临多方考验,例如效能提升、数据传输安全、设备联网通讯、无线传输的质量等议题。对此,雅特力正全力投入打造一个全方位的MCU平台生态系统,专注于开发ARM○R-Cortex○R-M4/M0+,内建数字信号处理器(DSP)、单精度浮点运算(FPU)、高速的CPU效能、相对业界更大的内存、丰富的外设、自主研发的sLib二次开发安全库,以及多样化的封装选择,适合物联网业者在有限预算的情况下,满足更高的规格要求和不同场域应用便利性,下一步将朝向28nm/40nm先进制程、高效能的市场研发精进,期望在主频效能、功耗和封装尺寸等各方面带来超越竞争对手的产品优势。

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