AIoT时代的MCU是“改良”还是“革命”？

AI浪潮横扫全球，让物联网也摇身一变整合而成AIoT架构，被视为将引领下一时代IT产业的技术。AIoT的开局，对于IoT主力的MCU意味着什么，将带来怎样的巨变？

软硬兼施

MCU经过多年的“进化”，早已进阶成全武行，在高集成度、高性能、低功耗层面皆进阶神速。但问题是，老司机如何开新车——AIoT时代已提出了不同的要求。

MCU在AIoT时代的变化需要“软硬兼顾”。“一是处理器硬件层面，要求更高的处理能力、更多的安全组件、多种连接能力以及更低功耗；二是在软件层面，操作系统从任务调度发展为IoT OS平台，软件复杂度大幅增加，需要平台级软件及工具；三是在生态系统层面，各种云服务公司进入嵌入式系统生态圈，并且与算法公司、纯软件公司合作增多。” 恩智浦半导体微控制器事业部系统工程总监王朋朋认为。

ST中国区微控制器事业部市场及应用总监曹锦东也强调说，MCU支持AI已成一大方向 ，对MCU性能提出更高计算、更低功耗、更强扩展、更安全等硬实力之外，还需要更好的开发工具，将以往云端在GPU、CPU或ASIC进行处理的算法进行代码转换，让MCU进行识别并处理。

生态层面的变局也在拉开大幕，在AIoT时代，众多云服务公司进入到嵌入式领域，MCU需要开放API接口等；而且MCU需要与算法公司进行合作，以适配实现高效算力；而操作系统层面云服务厂商的染指也将引发更多的争斗。

相应地，这对嵌入式工程师来说亦带来了全新的挑战，除了要了解通信协议栈、安全性、远程管理和固件更新以外，还要开始使用机器学习算法，并能够根据应用需求调整算法等。

顺势而为

无论如何，AI浪潮已然到来，要做的是如何顺势而为？

毕竟，在MCU上部署轻量级AI，带来的利好十分实在。王朋朋详细说，这在于可对重点应用量身定制，并且对计算平台进行优化，同时可独立运行AI模块，无需云端连接，并实现低功耗，让IoT设备长期工作。

而在MCU应用AI的应对策略上，王朋朋表示，MCU的薄弱环节在于算力弱，即使是目前性能最高的MCU，算力也只有1.2GOPS，解决这一问题需要使用更先进的模型结构、精简模型、优化底层代码、利用异构计算单元等。此外，在缺少建模工具上，需要借助PC/Server来建模与训练。而在集成工具及标准运行环境层面，则需要厂商开发生成模型代码与执行引擎。恩智浦的策略是找到适合的应用，再找到适合的算法，或开发集成AI IP的MCU。

曹锦东也提到，MCU适应AIoT并不仅是+AI IP那么简单，在代码移植性、软件兼容性上都要做好开发工具的配合，ST也已在适应AIoT的MCU硬件和软件工具方面倾力开发，预计明年将崭新亮相。

MCU技术发展多年，各主流厂家之间的技术差异可能不那么“泾渭分明”。但在AIoT的时代中，谁会乘势而上，谁又会被浪头掀翻，不仅要看各家的MCU在性价比层面的实力，更考验厂商的生态链的完善，包括开发工具、操作系统、云服务、应用开发等等，无论是破还是立，都是对MCU整体实力的考验。

自承其“进”

而回顾MCU的发展史，基本上就是将分立协处理器不断“加权”集成的历史。

“最早的CPU只能进行定点的加减法，乘除法是由软件把乘除法变换成加减法，然后由软件实现。与定点运算相对应的是浮点运算，当时浮点运算也是将浮点变换成定点运算，然后由软件实现。由于普遍应用浮点运算，因而出现了一种专用于浮点运算的集成电路，当时叫协处理器，实际上就是专用集成电路（ASIC），接着CPU就将浮点运算协处理器集成了。”在MCU领域研发多年的业界专家唐晓泉说起这些如数家珍，“如此类似的情况在CPU的发展史上不断重复，如DSP、多媒体等。而作为CPU的一个分枝，MCU的发展路线也基无二致。”

对于外设的集成也是同样的路径。唐晓泉提到，当MCU需要UART时，就需要UART专用集成电路与其配合，然后MCU开始集成UART；当需要CAN通信功能时，则需要CAN集成电路与其配合，然后MCU又集成了CAN，就这样一路升级进化至今。

因而，唐晓泉判断，AI肯定也要走同样的路数，先有专用集成电路，然后MCU再集成。而所谓的AI IP可以说是专用集成电路的表现形式而已。当技术、市场成熟时，AI IP就有可能整合到MCU中，最终实现量变到质变。

变革已来

在AIoT的生态中，互联网巨头正蜂拥而入。小米“AI+IoT”战略凸显了其野心，京东也公布了小京鱼AIoT生态部署，这些巨头的涌入对AIoT将带来哪些巨变？

据悉，小米的生态目标是打造构建一个完整的“三环”布局，最内环包括了手机、电视、盒子、路由器和智能音箱等小米核心产品；中间一环则是小米通过投资孵化构建的IoT生态链体系；最外环将是接入小米IoT系统的第三方厂商，最终完善硬件+互联网服务的商业模式构建。

而这些巨头的染指带来的变化显然是全方位的：在价格上，2014年一个Wi-Fi连接模组的价格是60多元；2018年Wi-Fi连接模组的价格被小米做到了9.9元；OS方面，阿里的投入巨大，不仅要数据，还要掌控节点。而在未来的MCU定义层面，谁又会唱主角呢？

或许还值得沉思的是，“小米的模式代表互联网公司通过Wi-Fi模块介入到传统的嵌入式设备，企图打通云数据与传统IoT设备之间的数据通道的模式。用一个模块来进行桥接，短期来看是一个好方法，既解决了IoT的碎片化问题，又实现了传统设备的上网问题。”唐晓泉分析道，“但存在的一大问题是互联网一直是利用其聚集效应实现规模化，从而使成本最优。而传统的嵌入式行业规模本来不大，聚集效应不明显。因而，要着力解决分工明确的规模化互联网研发生产模式与作坊式的传统嵌入式研发模式交互挑战。”

而无线模组硬件成本的大幅缩减往往意味着，AIoT行业正在从拓荒期进入成长期，从小规模的摸索尝试转向大规模的经验复制。唐晓泉认为，这表明AIoT时代的嵌入式系统由功能型向体验型方向转型，保持高效就需要分工，并要产生聚集效应实现规模化。