在嵌入式開發(fā)中，微控制器(MCU)正日益推進(jìn)終端智能。那么，未來十年，我們對(duì)MCU有什么期待呢？我們確定了七個(gè)關(guān)鍵預(yù)測，這些芯片將如何通過日益復(fù)雜的應(yīng)用進(jìn)一步改變我們的生活。
作為每臺(tái)電腦和智能手機(jī)的核心，微處理器一直是嵌入式系統(tǒng)中勤勞、低功耗的微控制器的更智能、更快速的表親。
然而，隨著設(shè)計(jì)人員利用片上系統(tǒng)組件在“邊緣”采用機(jī)器學(xué)習(xí)(ML)算法的能力，這種默默無聞的微控制器現(xiàn)在獲得了新的尊重，這意味著在本地靠近數(shù)據(jù)源，而不是在“云中”。
微控制器最近在諸如工業(yè)設(shè)備的預(yù)測性維護(hù)和消費(fèi)產(chǎn)品的語音處理等雜務(wù)方面表現(xiàn)出色。在邊緣使用微控制器可以快速產(chǎn)生結(jié)果，并消除系統(tǒng)將數(shù)據(jù)發(fā)送到耗電數(shù)據(jù)中心進(jìn)行處理的需要。這種系統(tǒng)也不需要專門的應(yīng)用處理器，比如用于導(dǎo)航的自動(dòng)駕駛汽車或用于監(jiān)控的無人機(jī)。這是因?yàn)?/span>在嵌入式開發(fā)中今天的微控制器足夠復(fù)雜，可以在小功率預(yù)算下運(yùn)行ML模型。
微控制器目前的優(yōu)勢只是一個(gè)新趨勢的開始，這種趨勢是更低成本、更低功耗的微控制器，將人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)內(nèi)置于傳感器中——例如可以區(qū)分玻璃窗破碎聲和嬰兒啼哭聲的智能加速度計(jì)。
邊緣的微控制器降低了能耗，消除了將數(shù)據(jù)發(fā)送到高能耗數(shù)據(jù)中心進(jìn)行處理的延遲。事實(shí)上，今天復(fù)雜的微控制器有時(shí)可以取代物理設(shè)備中更昂貴的專用應(yīng)用處理器。
與傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)學(xué)習(xí)模型不同，ML模型是針對(duì)特定情況的特定數(shù)據(jù)集進(jìn)行訓(xùn)練的。一旦這些數(shù)據(jù)被捕獲，運(yùn)行在邊緣設(shè)備中支持ML的控制器內(nèi)的模型可以實(shí)時(shí)識(shí)別輸入，分析輸入，并決定結(jié)果。
未來十年MCU應(yīng)用趨勢：我們的預(yù)測
以下是對(duì)未來十年在嵌入式開發(fā)中我們可能看到的越來越復(fù)雜的MCU應(yīng)用的七個(gè)預(yù)測。所描述的應(yīng)用和模型只是一個(gè)開始，但它們指出了MCU改善我們生活的潛力：
交通：相機(jī)中的嵌入式MCU可以收集視覺數(shù)據(jù)，用于分析交通模式以優(yōu)化公共交通路線，還可以收集數(shù)據(jù)點(diǎn)以支持自動(dòng)車輛導(dǎo)航。可以部署大量智能MCU來實(shí)時(shí)監(jiān)控城市的基礎(chǔ)設(shè)施和交通狀況。這些數(shù)據(jù)可以用來預(yù)測事故發(fā)生的可能性，并在事故發(fā)生前向相關(guān)方發(fā)出警報(bào)。它們還可以用于根據(jù)歷史數(shù)據(jù)確定最佳交通模式，然后將特定車輛發(fā)送到最有效的路線上，同時(shí)避免擁堵和其他道路危險(xiǎn)。
物流：海運(yùn)集裝箱中的MCU可以基于關(guān)于該港口的典型運(yùn)輸時(shí)間的歷史數(shù)據(jù)來學(xué)習(xí)預(yù)測下一批貨物將何時(shí)到達(dá)其最終目的地；如果它檢測到數(shù)據(jù)流中的異常，它將發(fā)出警報(bào)，通知卡車運(yùn)輸公司、分銷商、批發(fā)商和零售商。
醫(yī)療保健：MCU可以用于人體，以創(chuàng)建一個(gè)可以警告潛在健康問題的網(wǎng)絡(luò)。他們甚至可以用藥。
建筑自動(dòng)化：由于嵌入式MCU，建筑物中的智能建筑材料可以監(jiān)控結(jié)構(gòu)完整性，幫助人類檢查員進(jìn)行例行檢查，或在地震等災(zāi)難發(fā)生后幫助緊急救援人員。在嵌入式開發(fā)中可以使用嵌入式微控制器來完成監(jiān)控，這些微控制器可以收集數(shù)據(jù)，如GPS位置、加速度計(jì)數(shù)據(jù)、溫度和濕度、金屬物體的彎曲、檢測混凝土墻裂縫的紫外線強(qiáng)度，或者檢測建筑物周圍管道泄漏的壓力傳感器。
智能家居：微控制器在家用電器和家庭自動(dòng)化應(yīng)用中已經(jīng)很常見，可能不再需要從中央控制或數(shù)據(jù)中心發(fā)送和接收命令。相反，他們可以在從聯(lián)網(wǎng)設(shè)備中的傳感器收集數(shù)據(jù)后，自己生成命令。
基礎(chǔ)設(shè)施：微控制器將用于監(jiān)控電力線和其他公用基礎(chǔ)設(shè)施，以便在異常情況導(dǎo)致災(zāi)難性破壞之前發(fā)現(xiàn)它們。例如，在最近的颶風(fēng)Ida等重大風(fēng)暴后進(jìn)行自動(dòng)檢查，或者對(duì)電力變壓器產(chǎn)生的火花發(fā)出警報(bào)，這些火花可能會(huì)在干旱地區(qū)引發(fā)野火。
工業(yè)：微控制器可以用來優(yōu)化工廠操作流程。例如，MCU可以實(shí)時(shí)監(jiān)控工業(yè)設(shè)備的性能，并調(diào)整該設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)，以提高產(chǎn)品質(zhì)量并減少浪費(fèi)。
在接下來的幾年里，工程師們將設(shè)計(jì)出能夠適應(yīng)這種新能力的系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)。支持這些趨勢的MCU硬件的改進(jìn)令人興奮，但如果沒有保護(hù)整個(gè)數(shù)據(jù)流以保存敏感信息的安全性，這種改進(jìn)將是不切實(shí)際的。強(qiáng)大的安全技術(shù)對(duì)于保護(hù)從核心到終端的任務(wù)關(guān)鍵型部署至關(guān)重要。
當(dāng)然，物聯(lián)網(wǎng)(IoT)等技術(shù)已經(jīng)在邊緣處理中使用了微控制器，改變了創(chuàng)新格局。半導(dǎo)體公司面臨的持續(xù)挑戰(zhàn)是使MCU芯片能夠處理更復(fù)雜的ML算法，同時(shí)繼續(xù)縮小硬件尺寸和功耗，這是當(dāng)前的趨勢，然而我們只是開始。由于靈活、小巧、廉價(jià)和集成，在嵌入式開發(fā)中MCU將在未來幾年繼續(xù)推進(jìn)終端智能。