TI 嵌入式应用研讨会 因应智能化趋势扩展应用范畴
- 李佳玲／台北
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为了推动AI技术在边缘计算中的普及和应用，近来嵌入式系统正朝高效数据处理、分析能力和实时学习功能发展，并透过提供完备的AI模型与开发工具，来缩短开发周期，降低技术门槛。此外，再结合多样化的无线技术，已大幅扩展了传统微控制器的应用范畴，带动新商机。
因应此趋势，微控制器领导厂商德州仪器（TI）在2024年度的嵌入式应用研讨会中，揭示了支持AI/ML的智能化嵌入式产品开发，以及实时C2000控制系统、新款MSPM0微控制器设计、毫米波雷达等多项技术，能以完备的产品组合推动嵌入式系统的创新发展。此外，佐臻、研扬、鸿佰等重要夥伴亦分享了利用TI解决方案开发的各项新产品。
智能化的嵌入式产品开发
TI资深工程师暨科技委员Rio Chan以马达和电弧（arc）故障侦测为例，说明如何利用C2000实时微控制器产品来建置高度准确且支持AI的故障监控功能。
他指出，马达在制造、电动车、机器人等各领域的应用广泛，早期的故障侦测对于缩短待机时间、降低维修成本和提升安全性至关重要。至于电弧（arc）故障侦测，随着能源系统的快速演进，包括太阳能发电、充电站、家用逆变器等，这些应用中AC和DC并存，因此有效的DC电弧故障侦测已日益重要，以避免火灾、毁损物品，甚至危及生命等风险。
与传统方式相比，利用AI进行故障侦测有许多效益，例如，准确率可提升至98%以上、不会受到杂讯干扰，而且透过数据收集与训练，可以持续升级模型参数，适应新的应用条件。为考虑延迟和安全性等因素，这类的AI-based故障侦测最好是采用边缘运算方式，他介绍了利用TI F28P55/65进行马达和电弧故障侦测，搭配Edge AI Studio在线工具，可实现准确率更高的故障侦测。
另一方面，随着AI应用的兴起，由于AI数据中心需内建功率更高的先进GPU，已对功耗带来显着影响。因此，AI数据中心的电源架构已从第一代的12V DC汇流排朝48V移转，藉由更低的电流来降低传导损耗，同时也需要拓朴创新，例如图腾柱PFC数码控制（CCM），来提升效率、功率密度和暂态反应。
TI应用工程师Andre Tseng介绍了如何利用C2000和AM26x来实现先进PWM模块，以及TI新一代DSP F29x来满足日益增加的实时控制运算需求，可应用在机器人马达控制、功能安全性的设计。
针对边缘AI应用，在微处理器业者的积极支持与效能提升推动下，近来已获得显着进展，广泛应用在汽车ADAS、机器视觉与缺陷侦测、家庭保全、机器人等各领域。
TI应用工程师Gibbs Shih介绍了TI一系列的通用型微处理器，包括AM62、AM67、AM68和AM69。这些不同效能的处理器都是接脚兼容，可确保产品开发的可扩充性。
而随着AI/ML应用对于算力需求的增加，TI也开发了相对应的AM62A~AM69A深度学习加速器（DLA），其中均内建矩阵乘法加速器，以提升AI效能。同时，开发人员可根据其应用需求，弹性选用所需规格，确保灵活性。Gibbs Shih亦解释了如何利用Edge AI Studio来开发边缘AI产品，以及PCB缺陷侦测的实际范例。
无线产品设计：毫米波雷达、以及蓝牙与 Wi-Fi应用
从视讯门铃到HVAC系统，毫米波雷达可为各种应用提供强大的侦测能力，然而如何为雷达进行相关测试，以确保产品效能是至关重要的。TI资深应用工程师暨科技委员Jesse Wang以IWRL6432元件为例，说明了毫米波雷达应用效能的测试方法和工具。
他指出，进行测试时，需建立与实际应用情境相似的测试环境，设计一套测试计划，同时还需设定良好的效能指标。TI可提供雷达测试的分析工具，可用于数据收集与分析，并调整侦测参数，以减少错误侦测。
此外，随着毫米波应用日益普及，结合机器学习功能，以增强效能亦受到关注。Jesse Wang表示，毫米波雷达可准确传感距离和速度数据，可透过收集到的数据，运用开放原始码工具，以IWRL6432在边缘训练和部署机器学习模型。他以扫地机器人为例，说明开发和测试新的ML雷达应用的过程，可藉由导入AI功能，提升嵌入式产品的价值。
除了毫米波雷达，Wi-Fi和蓝牙应用也是嵌入式产品开发的重要一环。TI资深应用工程师Frank Liu介绍TI2023年推出的Wi-Fi 6和低功耗蓝牙5.3新产品CC33xx，能以优异的价格竞争力，把Wi-Fi技术带到更多的工业IoT应用。
由于安全特性是IoT应用所必须，Frank Liu特别说明了CC33xx的多项安全功能，包括安全启动/信任根、Rollback保护、主机界面选项，以及网络安全性等。此外，此产品亦支持网络安全EN 303 645标准，同时TI亦关注欧盟网络韧性法案（CRA）的进展，确保产品遵循性。
无缝转换至MSPM0 MCU新产品
MSPM0平台是TI2023年推出的ARM Cortex-M0+ MCU产品，尽管市场上M0+产品已问世多年，且竞争者众，但TI企图以其完备的产品组合、极佳的成本优势，以及设计资源来争取商机。TI资深应用工程师Frank Liu介绍了 MSPM0产品组合，以及如何利用适当的工具与资源，即可从STM8、Microchip和Renesas等平台无缝地转换至此新产品。
MSPM0系列共分为M0G最佳运算、M0L最低功耗、M0C最低成本等三个产品线，其底层软件开发套件和程序库完全相同，因此，开发的软件可以互通，全系列共提供超过15种封装形式，只要是同一种封装，均接脚兼容，可保障最佳的设计扩充性。
此外，TI提供了丰富的设计资源，涵盖从类比设计、系统配置到应用程序调适等各阶段。在硬件方面，则有多款低成本Launchpad开发板，以协助缩短开发时程。
与此同时，MSPM0平台亦提供各种子系统，使软件开发更为简易。TI应用工程师Jerry Kuo说明了如何以MSPM0子系统解决常见的MCU设计挑战。
他表示，MSPM0 MCU具备成本最佳化、最小封装、以及先进类比整合等特性，适用于各种工业和汽车应用。为了加速设计， MSPM0 SDK可提供所有开发人员需要的软件，包括程序库、中介软件、实时操作系统、驱动程序以及多种程序码范例，包括周边程序码和MSP子系统。
所谓子系统，是专为克服常见MCU挑战的建构方块，可节省软件开发资源。MSPM0 MCU可提供丰富得子系统，包括通用功能、通讯桥接、以及类比功能。举例来说，可利用MSPM0子系统来快速实现UART-to-I2C桥接，或是来开发具备PWM功能的LED驱动器等。
合作夥伴展现创新产品开发成果
在研讨会中，TI特地邀请到鸿佰、研扬和佐臻等重要夥伴分别就服务器水冷控制、工控智能闸道器以及智能穿戴装置等应用展现其开发成果。
鸿佰科技技术经理曾创炜博士介绍了该公司利用TI C2000微控制器开发的先进服务器水冷控制解决方案。由于AI服务器中内建的GPU功率愈来愈高，从350W，逐渐增加到700W、1000W，甚至1000W以上，使得冷却方式已从传统的气冷，朝液冷，包括「水对气」、「水对水」两种方式，以及浸没式冷却（Immersion cooling）发展。
曾创炜博士指出，「水对气」和「水对水」是目前主流的冷却方式，至于浸没式冷仍在开发阶段尚未完全成熟。PUE（电力使用效率）是衡量冷却效能的指标，PUE值越低，代表机房空调冷却时所耗的电力就会更少，理想的PUE 比率为1.0，而目前的气冷方式PUE大于1.4，「水对水」则约为1.2~1.1。
鸿佰开发的模块化机架式液冷解决方案中，利用C2000控制器来控制包括CDU/RPU（冷水分配器）、风扇、系统逻辑、传感器读取和帮浦控制等各元件，已获得市场广泛采用。
研扬科技RISC产品经理龙韵如介绍了利用TI AM62处理器开发的工控市场闸道器智能解决方案。她表示，会采用AM62主要是因为它所具备的规格优势，包括四核心、多种I/O功能、支持dual GbE与双屏幕、宽温、安全性、20年的长寿命期以及优异的成本效益等。
目前研扬以AM62为基础，开发了两款产品，一个是单板式PICO-AM62和系统型SRG-AM62。实际应用案例分享，包括：数码食品安全管理、能源管理、大众运输（巴士）闸道控制器等。此外，龙韵如说明如何利用Node-RED来帮助客户更高效地将不同protocol部署来开发产品。这是一款开源的编程工具，基于浏览器的简易操作方式，透过物联网协定把硬件装置、API和在线服务连结在一起。
最后，佐臻分别说明了毫米波雷达以及无线通讯的应用与趋势。佐臻专精于系统模块（SoM）和系统级封装（SiP）产品开发，以微型化技术为基础，近来扩展至AR智能眼镜产品，并建构了XR MetaSpace生态系统。
佐臻开发的一系列AR智能眼镜便是采用TI的毫米波雷达解决方案。该公司资深业务经理Vince Hsu指出，毫米波雷达的兴起并不是要取代既有的红外线雷达或摄影机，而是由于它能以更佳的成本侦测距离和角度，并具备较佳的夜间侦测品质、隐私保护，以及较不受环境限制，所以能打造出不同的应用情境。
佐臻已开发出尺寸精巧的低功耗IoT毫米波雷达模块，可适用于电视、监控、运动传感、智能门铃、银发照护等各种应用。例如，存在传感器（presence sensor）便可利用毫米波雷达的人体侦测，打造各种智能家庭应用。此外，AR眼镜与毫米波雷达的结合也会是未来趋势，可提供崭新的沉浸式互动体验。
佐臻董事长特助Alan Lin介绍了该公司的穿戴式无线应用。除了毫米波雷达模块，佐臻亦开发了一款Wi-Fi 6和BLE模块AIOT-WG02，应用在其最新的J8L AR眼镜。他强调，AR眼镜的开发要顾及轻量化，并要在有限的空间中建置无线通讯、天线与电池，以及提供足够的算力。该公司已利用J8L AR眼镜建构了多种应用情境，包括文化、旅游导览和教育等。
