基于自研CNN加速器，ADI深度布局边缘AI MCU

如果要从这些年的芯片业中评选出十大热词，AI绝对能够占有一席之地。

因为算法和技术的进步，过去几年人工智能应用在全球空前繁荣，这就带动了AI芯片及相应供应链的发展。根据QYR的统计及预测，2021年全球人工智能（AI）芯片市场销售额达到了56亿美元，预计2028年将达到502亿美元，年复合增长率（CAGR）为36.6%（2022-2028）。

在这些暴增的需求背后，主要涌现了两类AI芯片的身影，分别是云端和边缘端芯片。其中，边缘端AI芯片因为无处不在和使用场景的多样化，正在吸引越来越多的关注，很多传统和新兴的厂商正在涌入这个市场。

ADI也通过发布一系列AI MCU，欲成为这个市场的关键角色。

在谈到ADI的时候，大家可能率先想到的是该公司在模拟器件方面的实力。但其实ADI在MCU方面已经有了多年的积累。尤其是通过近两年对Maxim的收购，让公司在这方面的实力如虎添翼。

正如ADI中国技术支持中心高级工程师辛毅所说：“虽然ADI公司以其出色卓越高精度的信号链和电源产品闻名于世，但是在微控制器领域的投入也已经有很长的历史。”从他的介绍我们得知，从1995年至今，ADI MCU产品的出货量已经超过了10亿片。在产品布局方面，则经历了从2002年之前的8051系列的MCU，到2004年以来的MAXQ系列的MCU，再到2012年之后的ARM内核系列MCU，以及2020年至今的AI MCU的转变。

辛毅表示，ADI的微控制器产品除了具备通用的基本微控制器所有的功能外，在许多特色领域上也有着出色的性能；在功耗方面，这些MCU具备灵活的操作模式和超低功耗，可以大大提升电池寿命，延长系统续航时间；来到接口方面，ADI的MCU具备高速安全的多时钟选项，可以优化程序性能；至于通讯方面，ADI的部分产品更是集成最新的低功耗蓝牙（BLE）模块，支持远程模式和BLE音频等特色，从而允许设备在更远的范围内进行通信。同时，ADI还针对大多数产品提供完备的评估方案和开发示例，硬件包括评估板、演示套件等，软件包括SDK、库文件、驱动代码等，从而助力用户全面了解产品性能、加速产品开发。

此外，ADI还具备30余年的MCU的IP保护和信任根研发经验，极大增强系统安全性，帮助安全敏感型的设备制造商快速、高效地为其产品增加安全加密、密钥存储和防篡改功能。

“简而言之，ADI的MCU产品具备功耗低、接口优、通讯新、评估全、开发易、安全强等六大特色。”辛毅总结道。他同时指出，ADI不同类型不同特色的MCU给客户留下了深刻的印象。从2020年至今，ADI在传统MCU的技术上开拓创新了崭新的边缘AI MCU，从而可以在电池供电设备中轻松实现物联网人工智能。

据介绍，根据功能应用的不同，ADI的MCU产品主要分为三类，其中：第一类是低功耗MCU，具备小体积、低功耗、大存储的特点，这类产品相对比较通用，也很实用，适用于工业、物联网、医疗、消费类等各类产品；第二类是安全MCU，具备安全的系统架构，具有很强的抗攻击加密能力，可以用在对安全性能要求较高的智能机器或者终端上，比如POS机、读卡器等等；第三类就是AI MCU，其特色就是可以将AI推理从云端推向边缘端，从而助力电池供电的人工智能和物联网设备，比如说智能家居、人脸打卡、语音控制等应用。

如辛毅所说，针对MCU的应用，仅仅拥有芯片是不够的，所以除了MCU产品本身以及MCU评估板、最小板和参考设计和许多丰富的文档资源和软件资源以外，ADI还提供许多支持资源方便简化用户的设计，包括立足于客户痛点的专业支持团队、轻松集成的驱动例程、大方简洁的机械设计、稳健可靠的评估套件以及清晰易读的手册指南。这些支持资源可以大大简化客户的研发流程，让客户对ADI的MCU产品轻松上手。

正是得益于上述丰富布局，让ADI有能力在AI MCU市场大展拳脚。在辛毅看来，AI MCU已成为ADI微控制器系列中划时代的里程碑式产品。

在与媒体的沟通中辛毅表示，AI MCU是物联网发展的必然结果。按照他所说，由于物与物之间的互联会产生海量的数据处理需求，唯有AI强大的计算能力才能够胜任，于是IoT技术正在与AI技术发生深度融合，从而产生AIoT（也就是物联网人工智能）的概念。

又因为物联网通常意味着低成本和低功耗，这就催生了AI MCU。ADI的边缘AI解决方案MAX7800X系列就应运而生了。

如上图所示，这个系列产品具备特殊的架构，由两个微控制器内核（ARM Cortex-M4F和RISC-V）加上一个卷积神经网络（CNN）加速器构成。这一架构针对边缘进行了高度优化，数据的加载和启动由微控制器内核负责，而AI推理由卷积神经网络加速器专门负责。

具体而言，ARM Cortex-M4F内核主要是做一些应用和通信，这是已经分配好的，同时内部还配有FLASH和SRAM。而RISC-V则是一颗采用32位精简指令集设计小内核，主要用途是配合CNN来工作。“由于CNN工作时需要输入一些原始数据，比如图片、声音、波形等数据。在通过通信接口或者图像camera接口输入进来后，这个RISC-V内核就将这些数据搬运至存储空间，再让CNN来用。”ADI MCU产品线资深业务经理李勇在对这个芯片架构进行解读的时候说。

为了实现该系列AI MCU的低功耗，除了在内核的选择上着手外，ADI还在芯片设计的时候引入多个时钟源，在低需求应用中用低频率的时钟源，以达到显著降低功耗的目的。此外，ADI将电源管理、通信接口、比较大的memory、甚至是电频转换芯片也集成在芯片里面，以更高的集成度进一步降低功耗。

正是由于独特的架构和完美的分工，与运行在低功耗微控制器上的纯软件解决方案相比，ADI的MAX7800X方案具备更高的数据吞吐量，速度提高了100倍，但是成本仅仅是FPGA或GPU解决方案的零头。相比于微控制器加上DSP的方案，ADI方案的功耗不足该方案的百分之一。因此，ADI方案可以在功耗、速度、成本三个方面达成最优的平衡，加上其小尺寸的优势，是边缘AI应用的理想产品。

目前，ADI的边缘AI解决方案MA7800X系列已推出MAX78000和MAX78002，这两者都是基于Arm Cortex-M4F和RISC-V的低功耗微处理器，搭载专用的卷积神经网络加速器执行AI推理。其中，MAX78000可支持多达3.5M的模型权重，MAX78002则支持多达16M的模型权重。

和ADI其它MCU系列产品一样，针对MAX7800X系列产品，ADI同样推出了许多支持资源，包括数据手册、应用笔记、评估套件、参考设计、教学视频、工具、例程，帮助用户基于MAX7800X系列进行进一步的AI研发。用户可以在ADI官网上或者GitHub上找到这些资源。

值得一提的是，作为一家拥有深厚技术的厂商，ADI的系列新品中的RISC-V内核和CNN都是自研的，这也让他们未来在边缘AI MCU的创新上拥有了更多的可能。

“ADI一直以客户为中心，会根据产品性能需求选择最优的解决方案。具体到架构的选择方面则比较纯粹，是基于对性能、功耗及成本方面的考量，希望能够为客户提供更多元、更优化的解决方案。未来一些比较小的芯片，一些比较简易化的MCU，一些控制比较简单的产品可能会直接采用RISC-V来做。”李勇说。

来到CNN方面，据介绍，ADI的CNN有64个主频为50MHz的8位处理器，周围还分布了很多存放权重数据的memory。因为该加速器没有那么多寄存器需要去管，可以直接取值，运算了再放出来，能够节省大量时间，运算也非常快。又因为该设计是硬件完成，所以比传统微控制器的处理速度要快得多。同时，该加速器在工作完还能快速进入睡眠状态，带了更低功耗的体验。

“ADI的边缘AI解决方案具备速度快、无需外部存储、时钟控制灵活和超低功耗等四大特色，因此对于需要使用电池供电、需要及时决策的物联网设备来说特别合适。”辛毅总结说。

在问到对于公司MCU产品线未来的发展规划时，李勇告诉记者：“考虑到ADI在工业方面做得相当出色，再加上拥有ADC、DAC、放大器等优秀的模拟前端，ADI可以进一步为客户提供更优质的产品。”

李勇补充说，ADI非常重视中国市场，在中国有很大的服务支持团队与本地客户紧密配合，公司在中国也有专门的产品事业部，会针对本地市场需求调研、定义、研发、销售和运营产品，并逐步完善本地供应链与生产合作体系。

“我们很看好中国市场，也相信ADI能与越来越多的中国客户紧密合作，共同推动中国的产业数字化和低碳化发展。”李勇强调。