作者： Pete Bartolik

科技巨頭們為實現生成式人工智能 (GenAI) 商業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，特別是在網絡邊緣，供應商們迫切希望人工智能應用能夠在物聯網設備上運行，而這些設備通常會受到內存、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網絡 (CNN) 加速器，可在電池供電型設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據和增強處理能力，就需要大規模數據中心和大量電能，而邊緣 AI 則是通過模型在本地高效地運行數據，這些模型可以識別物體、分析醫療圖像、處理汽車攝像頭反饋以識別障礙物、行人和道路標志，從而實現安全駕駛。

CNN 可以在邊緣處理圖像數據，檢測異常情況并監控工廠車間的設備運行狀況。此外，CNN 在農業領域可用來檢測害蟲和作物生長狀況，處理來自無人機、機器人和智能攝像頭的圖像。

針對深度 CNN 進行了優化

ADI 的 [MAX78002] 是一款先進的超低功耗片上系統，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進行了優化。

通過權值（或參數）將神經網絡中的神經元連接起來，以控制其行為。ADI 的 CNN 引擎擁有 2 MB 權值存儲內存，可支持 1、2、4 和 8 位權值，以及多達 1600 萬權值的復雜神經網絡模型。這樣，就可以在邊緣設備上實現先進的人工智能應用，而且由于 CNN 權值內存基于 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，可讓設計人員能夠靈活地設計應用，使其應用能夠處理高分辨率醫學成像，或在資源有限的設備上處理較小的輸入尺寸。

可編程網絡深度多達 128 層，因此可以在應用的表現力和效率之間取得平衡。此外，多達 1024 個通道的可編程每層網絡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 安全數字接口。這使得該器件非常適合廣泛的人工智能應用，包括工業傳感器、過程控制、在線質量保證視覺系統、便攜式醫療診斷設備、工廠機器人和無人機導航。

電源管理是關鍵

超低功耗微控制器對邊緣人工智能應用至關重要，在依賴電池供電型物聯網設備時尤其如此。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 擁有內置單電感多輸出 (SIMO) 開關模式電源 (SMPS)，支持 2.85 V 至 3.6 V 供電電壓范圍，可適應各種電源。此外，通過這款 MCU，還可選擇控制外部開關，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。

單片電源架構可采用單節鋰電池供電。用戶可對 SIMO 中的三個降壓穩壓器輸出進行電壓編程，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，因此供應商可以減少電路設計的物料清單。

集成動態電壓調節 (DVS) 控制器可以自適應方式調節電壓，從而降低動態功耗。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 內核，從而使產品設計人員能夠在性能要求和功耗限制之間取得平衡。Arm 外設總線接口用于控制和狀態訪問。

微控制器內核具有 2.5 MB 閃存大型片載系統存儲器，以確保程序和數據存儲器的非易失性存儲，而其 384 KB 內置 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用信息。

簡化 MAX78002 應用

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

圖 1：MAX78002 應用評估套件包括一個用于交互式 UI 開發的 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 訪問和雙行業標準 QWIIC 連接器，因此方便調試、編程以及連接其他器件。

結束語

邊緣物聯網設備有限的內存、帶寬和功耗是開發人工智能邊緣應用的一大挑戰。ADI 的 MAX78002 MCU 為開發具有推理功能的各種高能效 AI 應用提供了一條清晰的途徑。借助 MAX78002EVKIT，開發人員可以隨時使用工具進行快速原型開發、支持觸摸功能的 UI 開發、外設集成和能耗跟蹤。請觀看[拆箱視頻] ，快速了解評估套件的內容。

審核編輯 黃宇