工業(yè)發(fā)展的驅(qū)動力為何？決策者應(yīng)該注意些什么？當(dāng)許多人開始揣測時(shí)，意法半導(dǎo)體（ST）以創(chuàng)新的網(wǎng)宇實(shí)體系統(tǒng)如何開啟下一個(gè)自動化時(shí)代為依據(jù)推導(dǎo)結(jié)論。在2022年國際固態(tài)電路會議（ISSCC 2022）上，意法半導(dǎo)體模擬、MEMS和傳感器產(chǎn)品部總裁Marco Cassis發(fā)表ST在傳感器、人工智能、通訊等領(lǐng)域取得的技術(shù)突破。同時(shí)，ST正思考以「下一個(gè)自動化時(shí)代」為背景探討的新趨勢。

何謂下一個(gè)自動化時(shí)代？
第一個(gè)自動化時(shí)代
自動化時(shí)代的概念非常廣泛，并涉及許多基礎(chǔ)性的問題。作為信息時(shí)代的產(chǎn)物，自動化時(shí)代指的是機(jī)器開始執(zhí)行復(fù)雜任務(wù)、幾乎沒有人機(jī)互動的時(shí)代。全球信息系統(tǒng)和生產(chǎn)數(shù)字化引發(fā)了第一個(gè)自動化時(shí)代。在那個(gè)時(shí)代，自動化為經(jīng)濟(jì)社會帶來巨大的變化。制造業(yè)生產(chǎn)效率明顯提升，就業(yè)市場為新人才敞開大門。簡言之，自動化是第三次工業(yè)革命的核心，根據(jù)世界經(jīng)濟(jì)論壇的數(shù)據(jù)，未來幾年自動化發(fā)展將明顯持續(xù)加速。


圖1 : 機(jī)械自動化制造

下一個(gè)自動化時(shí)代
由于「網(wǎng)宇實(shí)體系統(tǒng)（Cyber-Physical Systems；CPS）」的概念帶來了技術(shù)融合，如今確實(shí)正在經(jīng)歷一個(gè)新的自動化時(shí)代。CPS是2017年正式提出的「智能系統(tǒng)概念，包含由物理組件和計(jì)算機(jī)建構(gòu)成的互動網(wǎng)絡(luò)?！购喲灾?，CPS網(wǎng)宇實(shí)體系統(tǒng)具有傳感器和致動器，透過其連網(wǎng)的智能運(yùn)算系統(tǒng)與世界互動。

前文引用了網(wǎng)宇實(shí)體系統(tǒng)的官方定義，許多人可能疑惑，網(wǎng)宇實(shí)體系統(tǒng)與物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)有何不同?美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院（NIST）意識到此問題，并給出了多種方法解釋兩者間的差異。在眾多解釋中，ST采納了網(wǎng)宇實(shí)體系統(tǒng)代表一個(gè)包含物聯(lián)網(wǎng)在內(nèi)的超級集合概念。

確實(shí)，網(wǎng)宇實(shí)體系統(tǒng)還提供了控制系統(tǒng)和機(jī)器學(xué)習(xí)應(yīng)用，而傳統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)平臺中大多不具有這類配置。雖然物聯(lián)網(wǎng)和網(wǎng)宇實(shí)體系統(tǒng)有許多共同之處，但網(wǎng)宇實(shí)體系統(tǒng)超越了傳統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)的范疇。事實(shí)上，網(wǎng)宇實(shí)體系統(tǒng)的控制和人工智能等兩大功能是引發(fā)下一個(gè)自動化時(shí)代的部分誘因。

 
圖2 : 慣性傳感器LSM6DSOX具有機(jī)器學(xué)習(xí)的核心。

嵌入式AI是下一個(gè)自動化時(shí)代的核心技術(shù)
提前數(shù)年入場的先發(fā)優(yōu)勢
時(shí)至今日的邊緣人工智能大眾化源自于市面提供了成熟的開發(fā)工具。微控制器機(jī)器學(xué)習(xí)開發(fā)工具NanoEdge AI Studio和STM32Cube.AI或LSM6DSOX MEMS的機(jī)器學(xué)習(xí)核心開發(fā)軟件Unico GUI，多年來持續(xù)更新迭代。ST也提供FP-AI-FACEREC1等開源樣本，讓開發(fā)人員在幾分鐘后就能創(chuàng)建一個(gè)機(jī)器學(xué)習(xí)應(yīng)用程序。同樣地，ST的狀態(tài)監(jiān)測解決方案可滿足工業(yè)環(huán)境的可靠性要求。甚至還免費(fèi)提供由 UCLA大學(xué)William Kaiser教授所設(shè)計(jì)的嵌入式機(jī)器學(xué)習(xí)課程，并透過 GitHub和ST機(jī)器學(xué)習(xí)核心庫與開源社群的開發(fā)者密切互動。

性能可靠、功能豐富的開發(fā)工具的出現(xiàn)對工作流程和業(yè)界造成了顛覆性變化。2018年，欲開發(fā)嵌入式機(jī)器學(xué)習(xí)應(yīng)用的學(xué)生使用ST的開發(fā)工具并在學(xué)術(shù)環(huán)境下，經(jīng)大學(xué)教授協(xié)助，終于開發(fā)出嵌入機(jī)器學(xué)習(xí)應(yīng)用。今日，相似的項(xiàng)目僅需要點(diǎn)擊幾下鼠標(biāo)即可完成。2018年，鮮少人知曉如何于嵌入式系統(tǒng)上使用機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)。2020年，根據(jù)ST合作伙伴Siana設(shè)計(jì)公司介紹，越來越多客戶在尋求機(jī)器學(xué)習(xí)的應(yīng)用，并實(shí)際應(yīng)用。最近市面上可見販賣的智能手表或手機(jī)使用ST機(jī)器學(xué)習(xí)解決方案，以決定何時(shí)開啟屏幕或進(jìn)行運(yùn)動紀(jì)錄，而其功耗卻僅有一般的一小部分。


 
圖3 : 嵌入式人工智能是下一個(gè)自動化時(shí)代的核心技術(shù)。

在整個(gè)業(yè)界下的 ST
由前文可得知，ST的合作伙伴已自邊緣人工智能中受益，因?yàn)樗麄儙啄昵熬陀辛碎_發(fā)邊緣AI所需的工具、文件和運(yùn)算能力。分析師估計(jì)邊緣人工智能很快將經(jīng)歷幻想破滅的低谷。大多數(shù)競爭工具皆是近期才出現(xiàn)的，因此開發(fā)人員仍在學(xué)習(xí)使用工具，并弄清楚用它們能做些什么。另一方面，ST工具已經(jīng)存在許多年，所以ST的客戶已提前幾年預(yù)測到人工智能趨勢，正在有效地利用這項(xiàng)技術(shù)開發(fā)產(chǎn)品。

異質(zhì)整合是下一個(gè)自動化時(shí)代的驅(qū)動力
異質(zhì)整合為CPS賦能
網(wǎng)宇實(shí)體系統(tǒng)并不是新概念，NIST在2017年正式定義了這個(gè)概念，且事實(shí)上，早在2014年就有一個(gè)工作小組在進(jìn)行此方面的研究，ST在2018年發(fā)表了首個(gè)關(guān)于此專題的論文，此后便不斷在探索網(wǎng)宇實(shí)體系統(tǒng)。而時(shí)至今日為何又開始關(guān)注此話題呢？因?yàn)閯?chuàng)新正在使有影響力的異質(zhì)整合技術(shù)成為CPS的核心技術(shù)。許多人熟悉傳統(tǒng)上涉及使用不同處理內(nèi)核的異質(zhì)計(jì)算。因?yàn)榇S很難突破更小制程節(jié)點(diǎn)的物理限制，異質(zhì)運(yùn)算有助于摩爾定律持續(xù)下去。

Marco Cassis強(qiáng)調(diào)，因?yàn)閺漠愘|(zhì)計(jì)算走向了異質(zhì)整合，所以業(yè)界正在經(jīng)歷一個(gè)新的自動化時(shí)代。事實(shí)上，ST不僅在同一顆芯片上整合不同的 Cortex-M 內(nèi)核，而且還在做更大的事情。ST整合機(jī)器學(xué)習(xí)核心與環(huán)境傳感器，開創(chuàng)新的機(jī)器學(xué)習(xí)應(yīng)用，也在利用GaN或SiC等新材料研制更多的功率組件，進(jìn)而創(chuàng)建新型蜂巢式網(wǎng)絡(luò)。我們的相變化內(nèi)存研發(fā)活動正在優(yōu)化汽車處理器的性能，而BCD（BIPOLAR-CMOS-DMOS）技術(shù)繼續(xù)讓芯片具有更復(fù)雜和多樣化的功能。


 
圖4 : 異質(zhì)整合為新產(chǎn)品賦能

下一個(gè)自動化時(shí)代需要業(yè)界攜手合作
簡而言之，ST在見證下一個(gè)自動化時(shí)代，但也試圖提醒業(yè)界合作的重要性。隨著網(wǎng)宇實(shí)體設(shè)備變得越來越智慧，妥善保護(hù)設(shè)備的安全問題更需要被解決。此外，人工智能的出現(xiàn)意味著安全防御措施必須能夠抵御更強(qiáng)的攻擊。同樣地，業(yè)界必須為永續(xù)發(fā)展團(tuán)結(jié)一致，下一個(gè)自動化時(shí)代必須應(yīng)對氣候危機(jī)，并提出鼓舞人心的解決方案，以提振全體社群的信心。