相信大家对于MCU产品都不陌生，MCU（Microcontroller Unit）也就是“微控制器”，又名微控制单元。在电子系统里，MCU起到的是至关重要的作用，它可以按照一定的程序对系统其它部件起到控制的作用，也可以收集外界或者内部的一些数据作出处理、计算和决策，当之无愧是电子系统的“大脑”。在近日举办的一场沟通会上，OFweek维科网·电子工程及众多媒体朋友与ADI亚德诺半导体公司进行了深入的交流，进一步了解到其在MCU产品上的诸多创新和发展之道。
ADI MCU至今出货量超10亿片
据ADI公司中国技术支持中心的应用工程师辛毅介绍，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，但是公司在微控制器领域的投入也已经有很长的历史了。
从1995年至今，ADI MCU产品的出货量已经超过了10亿片。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内核系列的MCU，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，成为ADI微控制器系列上的一个很大的划时代的里程碑。
据了解，ADI的微控制器产品除了作为通用的基本微控制器所有的功能，在许多特色领域上也有着出色的性能。
比如，在功耗方面，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；在接口方面，具备高速安全的多时钟选项，可以优化程序性能；通讯方面，部分产品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，从而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。
辛毅告诉OFweek维科网·电子工程，ADI的MCU产品根据功能应用主要分为三类：第一类是低功耗MCU，这些MCU具备小体积、低功耗、大存储的特点，这类产品相对而言比较通用，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，这类产品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是终端上，比如POS机、读卡器等等；第三类是人工智能MCU，也就是AI MCU。这类产品实际上脱胎于第一类低功耗MCU，但是因为这类产品具备了人工智能，也不像通用的MCU，因此把它单独列为一类。ADI的人工智能MCU，它的特色就是可以将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、语音控制等等。
ADI边缘AI微控制器：助力物联实践
回到此次沟通会的主题“激活边缘智能”。据辛毅介绍，“智能边缘”中的边缘指的是物理世界和数字世界之间的边界，比如各种温度传感器、加速度传感器、声学传感器等等，这些传感器联系了人们所处的真实的物理世界和看不见摸不着的数字世界，构成一组组边缘节点。那么智能边缘就是这些边缘节点也具备智能的特征，可以提供高级数据分析、场景感知、实时决策、自组织与协同等服务。
当前，得益于AI强大的计算能力，AI技术在工业、医疗、消费类等诸多领域得到了广泛应用。而IoT技术，可以通过射频、红外、GPS等设备，按照约定的协议，将任何物品联网以进行信息交换和通信，从而实现物品的智能识别、定位、跟踪、监测和管理。
然而，实现AI强大计算能力必然需要进行大量的矩阵运算，这意味着大量的存储空间、强大的计算能力、高速的数据交互，成本很高，往往只有部署在云端的大型服务器才能够胜任这一工作。而IoT技术由于是物与物之间的互连，多数设备是需要电池供电的，并且数据在物与物之间的流通并不能完全依赖于云端，因此物联网通常意味着低成本和低功耗。这就使得AI技术与IoT技术的融合产生了一定矛盾与困难。
针对刚才提到的痛点，ADI的边缘AI技术将二者的优点结合，从而实现在物联网设备的边缘端执行AI推理，比云计算的速度更快。不过，边缘AI作为在设备本地端执行的AI，通常需要使用电池供电，因此需要在系统功耗、计算速度和设备成本之间取得一个比较好的平衡。
针对边缘AI提出的新要求，ADI的边缘AI解决方案MAX7800X系列就应运而生了。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。借助在芯片内部集成的卷积神经网络加速器就可以完成AI推理，不需要再通过互联网上传。此外，微控制器内核负责完成加载和启动之后就不需要任何操作了，因此功耗也是很低的，只要使用电池就可以给整个系统供电。借助于这种两个硬件的分工合作，MAX7800X系列一不需要联网，二支持电池供电，其完美地满足了边缘AI的要求，是AIoT应用的理想产品。
除此之外，MAX7800X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，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。
据悉，目前ADI的边缘AI解决方案MA7800X系列主要有两款人工智能MCU，MAX78000和MAX78002，这二者都是基于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。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。如果把AI看成一个工作的大脑，那么模型权重就相当于这个大脑里储存的知识。因此，MAX78002和MAX78000相比，不仅可以做到图像的识别，还可以进行复杂的视频分析。总的来说，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。
ADI低功耗微控制器：升级消费＆工业
辛毅还提到，近年来随着消费类和工业应用向高端发展，用户往往会倾向于将更多的微控制器整合到系统当中。这些微控制器包括负责应用逻辑与控制的MCU、负责传感器数据集中的MCU、以及负责蓝牙连接的MCU等。同时，系统还需要具备独立的电源管理芯片为这些MCU供电。但是，由于应用的复杂度越来越高、产品尺寸越来越小、续航要求越来越长，传统的多芯片方案往往难以满足设计需求。
针对这些痛点，ADI的低功耗微控制器凭借单一芯片就集成了传统上多片微控制器才具备的功能，也内置了电源管理模块。可以说，ADI的低功耗微控制器在主打超低功耗的特色的同时，还具备了高性能、资源丰富等优势，有的还内置了蓝牙模块，使得系统的尺寸可以进一步减小。
在工业应用方面，ADI带来了MAX32675、MAX32672等产品，可以应用在工业流量计、光学式气体探测仪、MEMS中；在消费应用上，ADI的AMAX32650用在可穿戴智能手表中，还有可以用在真无线耳机上的MAX32660，其中，MAX32660的超小尺寸特性让它还能被用于扫地机器人的紧凑型激光雷达模块，分析传感器收集到的前方障碍物的信息。还有用在可穿戴的心电T恤中的MAX32666，连续式血糖监测中的MAX32680等等。
ADI安全微控制器：强化IP保护
除了物联网、消费、工业以外，安全保护也是ADI MCU产品所重视的场景之一，在电子支付、物联网市场保持连续增长的同时，大量设备也被安装到了具有潜在风险的环境下，使得这些设备更容易招致物理攻击。这些攻击和一般的密钥破解、密码攻击等软件篡改相比更具威胁性。
对此，ADI的安全微控制器凭借其专门的ChipDNA PUF电路产生的密钥实现了强大的防物理攻击能力，可以确保系统保护的密钥不会落入到黑客之手。产品的闪存加密功能可以使敏感数据能够抵御最先进的物理探测手段，从而实现可靠的IP保护。 当然，这些安全微控制器也继承了低功耗、小尺寸的特色。简而言之，安全微控制器就像一个额外的保护罩，把用户关心的数据牢牢锁在保护罩中而不会遭到任何泄漏。
“ADI安全微控制器可以实现安全密钥的存储，可以通过多层物理安全功能机制防止各种威胁。举个例子，我们通常使用钥匙和锁来保护我们的财产，如果钥匙被小偷获取，那么财产必然岌岌可危。在这里，ADI的安全微控制器就可以做到给‘钥匙’再加上一层保护，”辛毅表示，“ADI的产品还可以抵御侧信道攻击。什么是侧信道攻击呢？通常在数据加密时，系统会产生一定的变化，这就像我们开门时一定会发出声音一样。如果有一个别有用心的人对我们时刻监听，监听到我们开门时对我们下手，这必然也会招致安全风险。ADI的安全微控制器可以采取各种措施扰乱这些行为，从而挫败这种攻击。另外，我们的产品还可以产生高质量的随机数和具备防篡改功能，从而避免黑客研究出我们加密的规律，或者直接进行篡改。”
值得一提的是，ADI的安全微控制器的另一大特色是硬件的解决方案。基于硬件的解决方案可以避免软件方案的缺陷，同时基于硬件的专门加速器比在计算机上运行的复杂软件的速度要快得多。总结下来，不管是在电子现金、智能家居、信息系统还是远程医疗领域，只要有数据安全保护的需要，ADI的产品都可以大展身手。
看好中国市场，2023年充满信心
在媒体采访时，ADI MCU产品线资深业务经理李勇表示，2022年可能主要是一些消费电子领域呈现低迷情况，但根据最新的预测报告显示，从2020年到2035年MCU的需求将以10％的增长率增长，因此ADI对未来市场的发展前景还是很有信心的。
就中国市场而言，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，另外ADI也有专门的中国产品事业部，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。李勇表示，ADI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。
