使用 ADI 的 MAX78002 MCU 開發(fā)邊緣 AI 應用

科技巨頭之間為實現(xiàn)生成式人工智能 （GenAI） 商業(yè)化而進行的金融軍備競賽在某種程度上掩蓋了其他重要的 AI 工作，尤其是在網(wǎng)絡邊緣，供應商渴望 AI 應用程序能夠在通常受有限內存、帶寬和功率限制的物聯(lián)網(wǎng)設備上運行。

Analog Devices， Inc. 的微控制器單元 （MCU） 可以通過集成的低功耗卷積神經網(wǎng)絡 （CNN） 加速器來解決邊緣處理限制，以處理電池供電設備上的 AI 推理。

GenAI 的投資主要集中在積累大量數(shù)據(jù)和處理能力上，需要大規(guī)模數(shù)據(jù)中心和大量能源，而邊緣 AI 則圍繞著通過模型在本地高效運行數(shù)據(jù)，這些模型可以識別物體、分析醫(yī)學圖像并處理汽車攝像頭饋送以識別障礙物、行人和道路標志，以實現(xiàn)安全駕駛應用。

CNN 可以在邊緣處理圖像數(shù)據(jù)，檢測異常并監(jiān)控工廠車間設備的運行狀況。它們還可以檢測農業(yè)環(huán)境中的害蟲和作物健康狀況，并處理來自無人機、機器人和智能相機的圖像。

針對深度 CNN 進行了優(yōu)化

ADI 的 MAX78002 是一款超低功耗、先進的片上系統(tǒng)，具有帶浮點單元 （FPU） 的 Arm Cortex-M4 處理器和基于硬件的加速器，針對深度 CNN 和需要對象識別的任務進行了優(yōu)化。

權重（或參數(shù)）將神經網(wǎng)絡中的神經元互連以控制其行為。ADI 的 CNN 引擎具有 2 MB 的權重存儲內存，可支持 1、2、4 和 8 位權重，以及高達 1600 萬個權重的復雜神經網(wǎng)絡模型。這在邊緣設備上支持高級 AI 應用程序，并且由于 CNN 權重內存基于 SRAM，因此可以動態(tài)進行模型更新。

CNN 加速器提供高達 2048 像素 x 2048 像素的可編程輸入圖像大小，使開發(fā)人員能夠靈活地設計能夠處理高分辨率醫(yī)學成像或在資源受限的設備上處理較小輸入大小的應用程序。

高達 128 層的可編程網(wǎng)絡深度可以平衡應用程序的表現(xiàn)力和效率。此外，可編程的每層網(wǎng)絡通道寬度高達 1024 個通道，能夠利用更寬的通道來捕獲更豐富的功能，或使用更窄的寬度來節(jié)省內存和計算資源。

MAX78002 支持多種高速低功耗通信接口，包括 I2S、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(shù)字。這使其非常適合廣泛的 AI 應用，包括工業(yè)傳感器、過程控制、在線質量保證視覺系統(tǒng)、便攜式醫(yī)療診斷設備、工廠機器人和無人機導航。

電源管理是一個關鍵問題

超低功耗微控制器對于邊緣 AI 應用至關重要，尤其是在依賴電池供電的 IoT 設備時。ADI 表示，該MAX78002在處理 AI 推理時僅消耗微焦耳的能量。

這款 AI MCU 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 的電源電壓范圍，以適應不同的電源。此外，它還支持對外部開關的可選控制，為 CNN 提供來自外部電源的專用電源。

MAX78002 的電源管理單元 （PMU） 具有對 CPU 和外圍電路配電的智能、精確控制，以支持高性能運行和最低的功耗。

單片電源架構支持從單節(jié)鋰電池運行。SIMO 中的三個降壓穩(wěn)壓器輸出可進行電壓編程，以確保最佳功耗效率。供應商可以減少電路設計的物料清單，因為MAX78002只需要一個電感器/電容器。

集成的動態(tài)電壓調節(jié) （DVS） 控制器可以自適應地調整電壓，以實現(xiàn)動態(tài)功耗的降低。使用固定的高速振蕩器和 V科雷亞電源電壓，DVS 控制器可以在最低的實際電壓下運行 Arm 內核，使產品設計人員能夠平衡性能要求和功率限制。Arm 外設總線接口提供控制和狀態(tài)訪問。

用于微控制器內核的 2.5 MB 閃存的大容量片上系統(tǒng)存儲器可確保程序和數(shù)據(jù)存儲器的非易失性存儲，內部 384 KB SRAM 可在除 POWER DOWN 之外的所有電源模式下提供低功耗應用信息保留。

促進MAX78002應用程序

ADI 提供 MAX78002EVKIT（圖 1）評估套件，為使用 MCU 構建 AI 應用提供了寶貴的資源，包括一個 2.4 英寸 TFT 顯示屏，可增強交互式 UI 開發(fā)和 AI 推理過程結果的可視化。

圖 1：用于MAX78002應用的評估套件包括一個用于交互式 UI 開發(fā)的 2.4 英寸 TFT 顯示屏和一個用于跟蹤功耗的輔助顯示屏。（圖片來源：Analog Devices， Inc.）

使用評估板，MAX78002的能耗由功率累加器跟蹤，格式化結果顯示在輔助 TFT 顯示屏上。

該評估套件包括 USB 2.0、SWD JTAG 接頭、通過 USB 的 UART 訪問和雙行業(yè)標準 QWIIC 連接器，便于調試、編程和與其他器件連接。

結論

邊緣 IoT 設備的內存、帶寬和功耗有限，是開發(fā) AI 邊緣應用的主要挑戰(zhàn)。ADI 的 MAX78002 MCU 為開發(fā)具有推理功能的各種高能效 AI 應用提供了一條清晰的路徑。借助 MAX78002EVKIT，開發(fā)人員可以隨時訪問用于快速原型設計、觸屏式 UI 開發(fā)、外設集成和能耗跟蹤的工具。觀看拆箱視頻，快速了解評估套件中包含的內容。


審核編輯 黃宇