電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/周凱揚(yáng)）由于通用計(jì)算芯片很少對(duì)AI計(jì)算進(jìn)行優(yōu)化，所以在不少AI應(yīng)用中，我們都需要傳統(tǒng)意義上的AI芯片，比如GPU或者ASIC之類(lèi)面積與功耗較大的產(chǎn)品。也正因?yàn)檫@些限制，這些AI芯片難以在邊緣端鋪開(kāi)。

那么邊緣AI是否可以交由MCU來(lái)完成呢？傳統(tǒng)的MCU設(shè)計(jì)哪怕針對(duì)一些輕度AI計(jì)算來(lái)說(shuō)，仍有一些吃力。所以不少M(fèi)CU廠(chǎng)商開(kāi)始發(fā)力更高性能的MCU，采用專(zhuān)為AI優(yōu)化的設(shè)計(jì)，為邊緣AI的普及添磚加瓦。

超高性能內(nèi)核

考慮到不少M(fèi)CU仍在使用Cortex-M4、M3乃至M0之類(lèi)的低功耗內(nèi)核，考慮到復(fù)雜嵌入式AI算法的算力要求，這些舊內(nèi)核在這類(lèi)應(yīng)用中也就不太夠看了。既然存在計(jì)算性能上的劣勢(shì)，那么就直接從性能上突破，這幾年涌現(xiàn)了不少基于超高性能的內(nèi)核的MCU產(chǎn)品，比如基于Cortex-M7內(nèi)核的GD32H7。

Cortex-M7內(nèi)核作為Cortex-M4的繼任者，基于Armv7E-M架構(gòu)開(kāi)發(fā)。從核心關(guān)鍵特性來(lái)看，在所有Cortex-M處理器中，Cortex-M7是僅有的兩個(gè)6級(jí)流水線(xiàn)以上設(shè)計(jì)核心之一，而另一個(gè)則是7級(jí)流水線(xiàn)的Cortex-M85核心，基于該核心的MCU目前尚未正式面世。

兆易創(chuàng)新在GD32H7上將主頻做到了600MHz，甚至超過(guò)了不少?lài)?guó)外大廠(chǎng)的Cortex-M7 MCU，如此高主頻使其足以應(yīng)對(duì)邊緣側(cè)的AI算力要求，無(wú)需再集成額外的NPU了。而且為了滿(mǎn)足AI算法的資源占用，GD32H7還配備了1024KB到3840KB的片上Flash和1024KB的SRAM。

除了Arm核心以外，像先楫半導(dǎo)體這樣的RISC-V廠(chǎng)商，也推出了HPM6700/6400系列這樣的RISC-V超高性能MCU。其中HPM64G0更是可以做到單核主頻1GHz，支持雙精度浮點(diǎn)運(yùn)算的同時(shí)，也具備了強(qiáng)大的FPU和DSP擴(kuò)展，足以滿(mǎn)足不少TensorFlow Lite模型的運(yùn)算需求。

多核MCU

解決性能問(wèn)題的另外一個(gè)思路就是采用多核MCU設(shè)計(jì)，像意法半導(dǎo)體之類(lèi)的廠(chǎng)商早在幾年前就已經(jīng)開(kāi)始布局雙核MCU產(chǎn)品。比如STM32H7系列，其中就有集成了Cortex-M7和Cortex-M4兩個(gè)內(nèi)核的產(chǎn)品，STM32H747/757。

這兩個(gè)獨(dú)立運(yùn)行的核心可以分配不同的任務(wù)，比如Cortex-M7負(fù)責(zé)高性能任務(wù)，而Cortex-M4負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)性任務(wù)。同時(shí)，借助ST提供的STM32Cube.AI工具，就能從已有的AI算法和預(yù)訓(xùn)練模型轉(zhuǎn)換成可運(yùn)行的代碼。如果需要運(yùn)行超過(guò)1Mbyte的更大模型，則可以分配給Cortex-M7更多的閃存。

除了雙Cortex-M核心的設(shè)計(jì)之外，也有的廠(chǎng)商開(kāi)始探索不同架構(gòu)的核心協(xié)作的路線(xiàn)。比如ADI的MAX78000芯片，就選擇了集成一個(gè)Arm Cortex-M4核心與一個(gè)RISC-V核心，除此之外，該MCU還集成了一個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)加速器。

而且在MAX78000上，ADI對(duì)這三大組件都做好了分工，其中Cortex-M4負(fù)責(zé)MCU的控制與處理，而RISC-V內(nèi)核作為協(xié)處理器負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)搬運(yùn)，而神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)加速器則提高CNN計(jì)算效率，這樣的架構(gòu)相較傳統(tǒng)的MCU+DSP方案在功耗、并行性上都要更具優(yōu)勢(shì)。

寫(xiě)在最后

雖然當(dāng)下MCU市場(chǎng)不少玩家都已經(jīng)在發(fā)力邊緣AI，但廠(chǎng)商們也需要做好軟件生態(tài)的構(gòu)建，提供完備的實(shí)例代碼或可用模型，實(shí)現(xiàn)真正的開(kāi)箱即用。與此同時(shí)，MCU也還有在性能上繼續(xù)改進(jìn)的空間，比如不少M(fèi)CU參與的邊緣AI計(jì)算，只能使用預(yù)訓(xùn)練好的模型，什么時(shí)候MCU能在邊緣端同時(shí)完成輕量訓(xùn)練與推理的任務(wù)，其應(yīng)用空間也會(huì)更加廣闊。