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超越算力:连接技术在边缘 AI 中的关键作用

随着无线连接技术不断演进,在为物联网设备选择无线 SoC 时,采用最新的 Wi-Fi 协议比以往任何时候都更加重要。新的 Wi-Fi 协议通常需要一段时间,才能从最初面向的 Wi-Fi 接入点、智能手机和 PC 等产品扩展到更广泛的物联网领域,而目前 Wi-Fi 7 正处于这一阶段。一个智能物联网设备必须具备三项基本能力:处理、连接和感知。它需要能够处理信息、与其他设备或互联网连接,并通过各种传感器从周围环境中收集数据。

处理

绝大多数物联网设备采用 MCU,其性能既能够满足应用需求,又具备低功耗特性。近年来,MCU 还开始集成 NPU,以极低功耗处理 AI 推理工作负载。MCU 与 NPU 的组合,已成为任何运行本地 AI 的物联网设备的基本配置。本地 AI 的应用原因多种多样,包括隐私、安全、可靠性和可用性等方面。此外,它还可以与云端 AI 形成混合 AI 模式:在合适的情况下,设备可以调用更强大的云端 AI 服务,而在不涉及隐私或安全问题时实现协同工作。

连接

从定义上来说,物联网设备必须具备某种形式的连接能力。对于智能物联网设备而言,Wi-Fi 是必不可少的。在过去,Wi-Fi 或蓝牙通常用于设备固件更新,或通过智能手机对设备进行控制。如今,更重要的变化是:越来越多的小型 AI 推理模型被加入到设备中,用于提供语音交互能力,使设备能够理解自然、多样化的语言并做出响应,从而提升设备功能。

正是 AI 能力通过互联网不断扩展,使得在选择 Wi-Fi 协议时的思路发生了变化。过去,人们更关注成本最低、能够满足基本需求的方案。对于许多设备来说,这通常意味着采用 Wi-Fi 4(802.11n),即使部分设备逐渐转向 Wi-Fi 5(802.11ac)。由于 Wi-Fi 5 支持双频并且架构更复杂,因此成本更高,同时功耗也更大,这使得许多设备厂商继续沿用 Wi-Fi 4。

Wi-Fi 6 从 OFDM 发展到 OFDMA,降低了功耗,并引入了新的功能。Wi-Fi 6E 则增加了对 6 GHz 频段的支持。Wi-Fi 7 带来了更多新特性,其中包括多链路操作(MLO),通过支持跨多个频段运行,大幅提升连接可靠性。采用这些新协议并不一定意味着显著增加成本。无线 MCU 通常采用 1×1 而不是 2×2 MIMO,一些设备也只需双频而非三频。因此,在控制功耗和成本的同时,设备仍然可以采用最新的 Wi-Fi 协议进行设计。

对于许多消费类设备而言,使用最新 Wi-Fi 协议非常重要,对于企业级和工业设备来说更是如此。随着这些设备越来越多地使用云端 AI 服务,人们也会期望设备始终能够稳定运行。这意味着设备在更远距离以及同一接入点连接大量设备的情况下,仍然能够保持良好的连接性能,同时具备稳定且低延迟的连接体验。最重要的是,设备不能在使用周期尚未结束时就因技术落后而被淘汰。

一些消费类设备可能会被使用 10 年甚至更长时间;在工业领域,设备生命周期可能达到 10 年、15 年,甚至超过 20 年。从 Wi-Fi 技术的发展角度来看,这是一个非常长的周期。Wi-Fi 6 协议已经问世超过六年,因此当设备在整个生命周期中持续使用 Wi-Fi 6 时,其连接技术始终会比最新标准落后六年以上。如果使用 Wi-Fi 4,情况会更加明显,因为该协议已经超过十五年历史。对于消费类设备来说,使用旧协议可能会在连接体验上带来困扰;而在工业领域,这几乎是无法接受的。

感知

在讨论了算力和连接之后,感知能力构成了第三个关键要素。设备所使用的传感器可以包括以下一种或多种:麦克风、摄像头、不同类型的多摄像头、振动、光线、化学、温度等多种类型。根据所需的传感器类型和应用场景,Wi-Fi 还可以在不增加额外成本的情况下提供额外的感知能力。例如,Wi-Fi 可以用于检测距离和运动状态,从而判断何时点亮屏幕或触发其他操作。

对于长生命周期的 IoT 设备而言,采用 Wi-Fi 7 至关重要

在过去二十年中,无线连接协议经历了巨大的演进。仅仅因为设计复用或成本因素而继续采用几十年前的协议——尤其是在 Wi-Fi 技术上——将是一个错误。许多消费类和工业产品的使用周期在五年至二十年以上。因此,在设备设计时,应当采用在其生命周期结束时仅有五至二十多年历史的连接技术,而不是届时已经三十年甚至五十年的老旧协议。

随着连接能力的重要性不断提升,物联网产品必须采用当前主流的连接协议。如今的智能物联网设备不仅需要强大的处理器和 NPU,还需要先进的连接技术,以避免在未来面临技术过时的问题。

Phil Solis

Phil Solis 现任 IDC 使能技术团队研究总监,主要负责 PC、平板电脑和智能手机领域的半导体研究,以及无线与移动连接技术相关研究。他的核心研究方向包括客户端处理器领域,涵盖 CPU 以及各类加速器产品,包括集成和独立加速器,例如 GPU 和 NPU。他还关注无线连接技术及相关半导体的发展演进,研究范围涵盖 Wi-Fi(包括 Wi-Fi 8)、Bluetooth、Ultra-Wideband、蜂窝通信(包括 6G)以及 LPWAN 等技术及相关半导体的发展趋势。

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