邊緣AI持續(xù)升溫 智慧聯(lián)網(wǎng)趨勢(shì)成形

 物聯(lián)網(wǎng)（IoT）無疑是近年來最重要的應(yīng)用發(fā)展之一，它不僅讓智慧家庭成為可能，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了智能制造的愿景。目前，它也正持續(xù)的深入我們的所有日常生活之中，幫包含智慧城市、智慧運(yùn)輸?shù)?，處處都?a class="contentlabel" href="http://2s4d.com/news/listbylabel/label/物聯(lián)網(wǎng)">物聯(lián)網(wǎng)的身影。

然而要實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，IoT組件的使用就是不可或缺的一環(huán)。而當(dāng)前市場(chǎng)上已存在多家的供貨商，也提供多樣化的IoT組件方案。本次所進(jìn)行的「2021年IoT組件供貨商品牌暨采購行為年度調(diào)查」，就是要找出哪幾家供貨商具備較佳的品牌識(shí)別，能夠提供讓開發(fā)者信任的產(chǎn)品；另一方面，在組件的采購上，具備哪些特性的組件才是開發(fā)者所需要的。

物聯(lián)網(wǎng)邁向新戰(zhàn)場(chǎng)
一開始先讓我們來觀察一下物聯(lián)網(wǎng)的市場(chǎng)趨勢(shì)。我們發(fā)現(xiàn)在2021年的物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)逐步進(jìn)化成為智聯(lián)網(wǎng)，并以AI賦能裝置邁向自主化。在2021年，物聯(lián)網(wǎng)以深度結(jié)合AI作為提升價(jià)值之主要核心，IoT定義也從Internet of Things演化為 Intelligence of Things，透過深度學(xué)習(xí)與計(jì)算機(jī)視覺等工具的附加，讓IoT軟硬件應(yīng)用全面升級(jí)；在綜合產(chǎn)業(yè)動(dòng)態(tài)并考慮經(jīng)濟(jì)振興與遠(yuǎn)程操作需求下，具體呈現(xiàn)于智能制造與智能醫(yī)療兩大垂直應(yīng)用領(lǐng)域。以制造端來看，非接觸技術(shù)加速工業(yè)4.0的導(dǎo)入，在智能工廠追求韌性、彈性及效率下，AI致力使Cobot、無人機(jī)等邊緣端裝置具更高精度及檢測(cè)能量，由自動(dòng)化步入自主化。在醫(yī)療業(yè)方面，AI為數(shù)據(jù)加值于流程優(yōu)化與場(chǎng)域延伸，以及更快的影像辨識(shí)以支持臨床決策、乃至遠(yuǎn)程問診與手術(shù)輔助，皆是AI醫(yī)聯(lián)網(wǎng)整合技術(shù)至智慧院所、遠(yuǎn)距醫(yī)療的重要發(fā)展指標(biāo)。

根據(jù)TrendForce的調(diào)查研究指出，綠地、太空、元宇宙，將成為物聯(lián)網(wǎng)2022年的三大主戰(zhàn)場(chǎng)。正由于跟上了5G與半導(dǎo)體的這一波產(chǎn)業(yè)熱潮，2022年物聯(lián)網(wǎng)接近200億臺(tái)的連接設(shè)備，將持續(xù)以AI為基礎(chǔ)，并取關(guān)鍵性（Critical）與永續(xù)性（Sustainability）為貫穿來年物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的兩大發(fā)展支柱，進(jìn)而帶出三個(gè)技術(shù)主戰(zhàn)場(chǎng)，包括要求環(huán)境永續(xù)、脫碳生產(chǎn)的綠色I(xiàn)oT，著眼無遠(yuǎn)弗屆、萬物相連的太空IoT，以及聚焦數(shù)據(jù)演算、鏡射現(xiàn)實(shí)的元宇宙IoT。

這些關(guān)鍵技術(shù)，各技術(shù)本身都可望成為產(chǎn)業(yè)大廠跨域布局的灘頭堡，以及物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品服務(wù)的設(shè)計(jì)主軸。延伸此基礎(chǔ)至終端應(yīng)用面，2022年物聯(lián)網(wǎng)將以更為穩(wěn)定、實(shí)時(shí)、節(jié)能且預(yù)測(cè)之效益，賦能多元垂直領(lǐng)域；而市場(chǎng)主流的IoT應(yīng)用中，預(yù)期將以智能城市的環(huán)境監(jiān)控與防疫管理、智慧家庭的居家安全與沉浸娛樂、智能制造的虛實(shí)整合與數(shù)字仿真、以及智能醫(yī)療的遠(yuǎn)程服務(wù)與精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)為四大核心領(lǐng)域，協(xié)助企業(yè)于后疫情時(shí)代轉(zhuǎn)型再進(jìn)化。

此外，這兩年來隨著疫情肆虐，全球企業(yè)無不加快數(shù)位轉(zhuǎn)型步伐，大舉擁抱物聯(lián)網(wǎng)、5G、人工智能、邊緣運(yùn)算等科技，藉此建立更韌性的營運(yùn)體質(zhì)。然而，這也使得過去封閉的IT與OT環(huán)境將更為開放，讓資安問題變得更為嚴(yán)峻；光是2021年上半年，IoT裝置資安攻擊事件就比去年同期大幅倍增。物聯(lián)網(wǎng)安全威脅已不能等閑視之。

行動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的發(fā)展，手機(jī)硬件性能的提升，能夠快速處理巨大容量的軟件。隨著AIoT時(shí)代的到來，傳統(tǒng)大型軟件已經(jīng)不能滿足IoT時(shí)代多設(shè)備互聯(lián)的發(fā)展，特別是在智能汽車的發(fā)展上?？鞈?yīng)用即點(diǎn)即用、服務(wù)直達(dá)的優(yōu)勢(shì)，順應(yīng)5G時(shí)代的發(fā)展，在高帶寬、低延遲、實(shí)時(shí)處理等場(chǎng)景的需求下，能夠提供實(shí)時(shí)化的服務(wù)和云端更新，對(duì)于開發(fā)者來講更為便捷，也更能滿足用戶的需求。

改善物聯(lián)網(wǎng)安全
而由于物聯(lián)網(wǎng)的普及，使得聯(lián)網(wǎng)安全也成為了值得關(guān)注的議題。Palo Alto Networks針對(duì)全球19個(gè)國家與地區(qū)的IT決策者進(jìn)行物聯(lián)網(wǎng)資安調(diào)查，結(jié)果顯示，組織需要改變物聯(lián)網(wǎng)安全，以保護(hù)企業(yè)網(wǎng)絡(luò)免于家庭裝置的攻擊。根據(jù)2021年的調(diào)查，77％將物聯(lián)網(wǎng)裝置連接到組織網(wǎng)絡(luò)的受訪者表示，去年連接到企業(yè)網(wǎng)絡(luò)的非商業(yè)裝置有所增加。在今年的研究中，智慧燈泡、心率監(jiān)測(cè)器、聯(lián)機(jī)的運(yùn)動(dòng)裝置、咖啡機(jī)、游戲機(jī)，甚至是寵物喂食器被發(fā)現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)裝置列表上也一點(diǎn)都不奇怪。

Palo Alto Networks臺(tái)灣區(qū)總經(jīng)理尤惠生表示，遠(yuǎn)距工作趨勢(shì)的興起，讓出現(xiàn)在組織網(wǎng)絡(luò)的非商業(yè)物聯(lián)網(wǎng)裝置大幅增加，這位組織帶來了更多資安挑戰(zhàn)與風(fēng)險(xiǎn)。IT決策者也認(rèn)為組織需要改變物聯(lián)網(wǎng)安全，以保護(hù)企業(yè)網(wǎng)絡(luò)免于非商業(yè)裝置的攻擊。98%的臺(tái)灣IT決策者表示在疫情期間的遠(yuǎn)距工作，導(dǎo)致組織的物聯(lián)網(wǎng)資安事件數(shù)量增加。黑客了解僅僅透過一個(gè)小型物聯(lián)網(wǎng)傳感器就得以進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)，發(fā)起如勒索軟件的攻擊。

值得注意的是，今年對(duì)全球有物聯(lián)網(wǎng)裝置連接至組織網(wǎng)絡(luò)上的1,900名IT決策者進(jìn)行的調(diào)查中，四分之三（75%）臺(tái)灣受訪者表示，物聯(lián)網(wǎng)裝置網(wǎng)絡(luò)與主要裝置和業(yè)務(wù)應(yīng)用程序的網(wǎng)絡(luò)（例如人力資源系統(tǒng)、電子郵件服務(wù)器、財(cái)務(wù)系統(tǒng)等）各自獨(dú)立，另外目前有13%的受訪企業(yè)遵循最佳實(shí)踐，利用網(wǎng)絡(luò)微切分（microsegmentation）將物聯(lián)網(wǎng)裝置保護(hù)于企業(yè)嚴(yán)格控制的安全區(qū)域，以隔離物聯(lián)網(wǎng)裝置并將它們與 IT 裝置分開，以避免黑客在網(wǎng)絡(luò)上橫向移動(dòng)。


 
圖一 : 2021年IoT組件供貨商品牌年度調(diào)查結(jié)果（制圖：王岫晨）

IoT組件供貨商品牌暨采購行為年度調(diào)查
在本次的物聯(lián)網(wǎng)組件供貨商品牌暨采購行為年度調(diào)查中，針對(duì)了主要的物聯(lián)網(wǎng)組件供貨商進(jìn)行品牌喜好度的訪查與問卷調(diào)查。所參與調(diào)查的廠商均是全球知名的半導(dǎo)體大廠，競(jìng)爭(zhēng)可說是相當(dāng)激烈。而調(diào)查結(jié)果也出爐，不出意外的，前三名是由知名的半導(dǎo)體大廠意法半導(dǎo)體（ST）、Microchip、德州儀器（TI）所搶下。

針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)，此次品牌票選居于首位的意法半導(dǎo)體認(rèn)為，物聯(lián)網(wǎng)開啟了數(shù)十億智能連接設(shè)備使用無處不在的互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議技術(shù)進(jìn)行相互通聯(lián)的潛力。物聯(lián)網(wǎng)使幾乎所有系統(tǒng)都能夠利用互聯(lián)網(wǎng)和云端運(yùn)算生態(tài)系統(tǒng)，以進(jìn)行創(chuàng)新并使各種對(duì)像變得更加智能和感知?；ヂ?lián)網(wǎng)連接設(shè)備數(shù)量的成長(zhǎng)是由高質(zhì)量、高可靠的無線連接以及低成本低功耗嵌入式組件的廣泛可用性推動(dòng)的。雖然物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備有許多不同的外形，但它們都需要通用的功能構(gòu)建區(qū)塊，例如處理和安全、感測(cè)和驅(qū)動(dòng)、連接、信號(hào)調(diào)節(jié)、保護(hù)、電源和能源管理。

也因此，需要高水平的創(chuàng)新才能提供滿足市場(chǎng)中各種應(yīng)用特定需求的解決方案。物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)發(fā)展的技術(shù)包括無處不在的嵌入式處理，如人工智能、有線和無線連接、安全和保護(hù)、創(chuàng)新電源技術(shù)、云和邊緣計(jì)算以及大數(shù)據(jù)分析。在物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)30多年的持續(xù)投資和經(jīng)驗(yàn)，使ST能夠開發(fā)出一系列技術(shù)、產(chǎn)品和解決方案，為客戶提供針對(duì)不同應(yīng)用的定制解決方案。特別是針對(duì)要求苛刻的工業(yè)等級(jí)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，ST有能力為所有使用者提供解決方案。

品牌票選結(jié)果位居第二的Microchip，也積極發(fā)展智能、互聯(lián)且安全的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)，并提供整體系統(tǒng)解決方案。這些完整的方案簡(jiǎn)化了創(chuàng)新有線和無線系統(tǒng)的開發(fā)，讓客戶可以更快地投入生產(chǎn)并加速將產(chǎn)品上市，以轉(zhuǎn)化成為實(shí)質(zhì)的收入。Microchip的解決方案利用了一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)，其中包括了智能處理器、經(jīng)過認(rèn)證的有線和無線連接，以及強(qiáng)大的安全性。此外，還透過即用型軟件和工具、并與云端運(yùn)算公司策略合作提供全面的協(xié)助，使客戶從創(chuàng)意到云端連結(jié)的過程變得快速而輕松。

票選第三名的TI也擁有完整的物聯(lián)網(wǎng)解決方案。從傳感器到云端，TI透過完整解決方案來讓客戶準(zhǔn)確感知、理解和傳輸智能化的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)。從功率組件、傳感器、連接組件、5G方案、人工智能和深度學(xué)習(xí)方面的進(jìn)步，可幫助客戶為任何應(yīng)用創(chuàng)造物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)的下一步里程。TI的電路和設(shè)計(jì)工具以數(shù)十年的系統(tǒng)專業(yè)知識(shí)以及云端合作伙伴網(wǎng)絡(luò)為后盾。能夠解決客戶在電源、性能和安全方面的挑戰(zhàn)，并實(shí)現(xiàn)下一步目標(biāo)，以加速進(jìn)入市場(chǎng)。

至于其他品牌廠商，則是以些微票數(shù)居后，但仍各自擁有完整解決方案優(yōu)勢(shì)與特色。關(guān)于這次2021年IoT組件供貨商品牌暨采購行為年度調(diào)查結(jié)果，請(qǐng)參考圖一所示。

在這次的調(diào)查中，也同時(shí)進(jìn)行了物聯(lián)網(wǎng)組件采購行為調(diào)查。在采購行為的調(diào)查結(jié)果，發(fā)現(xiàn)客戶在選擇購買物聯(lián)網(wǎng)組件的時(shí)候，最在乎的前三大關(guān)鍵要素分別是高整合度、支持服務(wù)，以及開發(fā)工具等。至于互連性能、升級(jí)兼容與無線技術(shù)等選擇，則分別列于第四、五、六位。

智慧化聯(lián)網(wǎng)新趨勢(shì)
事實(shí)上，物聯(lián)網(wǎng)解決方案的關(guān)鍵核心操作數(shù)件，多半都是采用Arm架構(gòu)所打造。特別是在物聯(lián)網(wǎng)逐漸導(dǎo)入了AI與機(jī)器學(xué)習(xí)之后，成為更新一代的智慧聯(lián)網(wǎng)，賦予了新的能力，卻也使得整體解決方案變得更為復(fù)雜。因此，我們也特別透過Arm的視角來解讀物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)，以期能更全面地掌握物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)的發(fā)展趨勢(shì)。

Arm應(yīng)用工程總監(jiān)徐達(dá)勇針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展就發(fā)表看法指出，運(yùn)算從云端轉(zhuǎn)移至邊緣端甚至是終端裝置，一直是這幾年產(chǎn)業(yè)的大趨勢(shì)，而Edge AI及End-point AI也是近幾年熱議的話題。從產(chǎn)業(yè)開始對(duì)MCU-based的AI應(yīng)用，或稱嵌入式機(jī)器學(xué)習(xí)（Embedded ML）、或微型機(jī)器學(xué)習(xí)（TinyML）的研究，到客戶端逐步采用，這些發(fā)展都相當(dāng)值得關(guān)注。

 
TinyML被視為是一個(gè)快速發(fā)展的機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)和應(yīng)用領(lǐng)域，包括硬件、算法和應(yīng)用軟件，能夠以極低的功耗（通常在mW范圍及以下）執(zhí)行設(shè)備上的傳感器數(shù)據(jù)分析，藉以實(shí)現(xiàn)各種長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)作的應(yīng)用，并滿足電池供電的設(shè)備需求，特別是物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備?，F(xiàn)在市場(chǎng)需要的是，類似像在手機(jī)這類裝置上，就能輕松進(jìn)行的引擎異常偵測(cè)、語音助理，或臉部解鎖支付。一旦這些工作要在終端裝置上執(zhí)行，牽涉到的是如何適當(dāng)使用SoC的運(yùn)算能力，并且與電力功耗取得完美的平衡。

面對(duì)智慧物聯(lián)在接下來的發(fā)展?fàn)顩r，徐達(dá)勇表示，TinyML仍會(huì)是明年值得觀察的重點(diǎn)。從硬件來看，包括像是MVE（M-profile Vector Extension）向量擴(kuò)充方案，Compute-in-Memory（內(nèi)存內(nèi)運(yùn)算）等技術(shù)的發(fā)展，將如何進(jìn)一步提升機(jī)器學(xué)習(xí)效能；而在軟件部分，則是如何讓軟件開發(fā)更加簡(jiǎn)單好用、更易于移植到不同環(huán)境中。盡管市場(chǎng)相當(dāng)看好TinyML對(duì)智慧聯(lián)網(wǎng)帶來的幫助，但也可關(guān)注業(yè)界將如何突破TinyML 的限制：例如對(duì)于超低功耗的要求（1TB/sec from SRAM > 1W 16nm），成本要更低、內(nèi)存使用更精簡(jiǎn)、同時(shí)還要維持更高效的運(yùn)算能力。

客戶采購需求

事實(shí)上，要滿足客戶的物聯(lián)網(wǎng)組件采購，需求可說是五花八門，而解決方案供貨商都必須要能一一滿足這些需求。Arm AIoT方案資深經(jīng)理黃晏祥針對(duì)這個(gè)議題指出，一般來說客戶在選擇智能聯(lián)網(wǎng)組件時(shí)，會(huì)考慮的因素包括了以下：

●實(shí)時(shí)性與低延遲：在許多情況下，將數(shù)據(jù)發(fā)送回云端進(jìn)行處理是不可行的。減少數(shù)據(jù)往返時(shí)間不僅可以提高響應(yīng)時(shí)間，而且在工業(yè)制造等作業(yè)中，實(shí)時(shí)處理對(duì)安全和營運(yùn)相當(dāng)重要。同樣的原則適用于車聯(lián)網(wǎng)的場(chǎng)景。因此，在智慧聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用當(dāng)中，可運(yùn)用機(jī)器學(xué)習(xí)（ML），更快獲得訊息，并以極低延遲的效率傳遞給人或機(jī)器。

●安全（Security）與隱私保護(hù)：當(dāng)物聯(lián)網(wǎng)裝置被廣泛的部署，而裝置上又收集到如此多的信息，有些甚至機(jī)敏的數(shù)據(jù)，信息安全對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)從端到云整個(gè)過程都極為重要。企業(yè)在布署物聯(lián)網(wǎng)時(shí)，對(duì)于遵從哪套標(biāo)準(zhǔn)也莫衷一是。因此，Arm便推動(dòng)了PSA認(rèn)證制度，提供業(yè)界一致的標(biāo)準(zhǔn)。

●低功耗及易于使用：TinyML在硬件方面需要解決對(duì)于極低功耗的要求，在軟件上則需要滿足易于使用與移植。

●規(guī)?；c經(jīng)濟(jì)效益：物聯(lián)網(wǎng)最大的挑戰(zhàn)之一即是碎片化。之前許多企業(yè)傾向采用專用的（proprietary）系統(tǒng)，造成物聯(lián)網(wǎng)不易擴(kuò)大規(guī)模（scale-up），導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)效益不彰。目前Arm Project Centauri建立了開放標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)，可以先就底層作業(yè)預(yù)作處理（如System Ready）、簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)流程，物聯(lián)網(wǎng)的相關(guān)開發(fā)者則可針對(duì)特定應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行差異化的開發(fā)。同時(shí)，物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)應(yīng)用可以更容易且更快的開發(fā)，更快的反應(yīng)市場(chǎng)趨勢(shì)并掌握商機(jī)，提高企業(yè)的投資報(bào)酬率。

結(jié)語
隨著半導(dǎo)體技術(shù)快速提升，現(xiàn)在可說在物聯(lián)網(wǎng)終端裝置上，設(shè)計(jì)與部署真正智能的時(shí)機(jī)。具備感知環(huán)境能力的裝置，能為其搜集到的數(shù)據(jù)與促成的服務(wù)，創(chuàng)造極大的價(jià)值。硬件與軟件近來的發(fā)展，將為原本資源受限的終端裝置平臺(tái)的能力，促成大幅度的改變，并讓開發(fā)人員結(jié)合終端裝置真正的智能，打造出視覺、語音與震動(dòng)的能力。

持續(xù)推動(dòng)AIoT產(chǎn)業(yè)去破碎化的觀念。傳統(tǒng)上使用Driver或者tooling來限定客戶，但是，當(dāng)趨勢(shì)來到軟件定義（Software-define）的現(xiàn)在，想在某一個(gè)環(huán)節(jié)只使用自己專用的系統(tǒng)來形成對(duì)其他業(yè)者的進(jìn)入障礙，已漸漸不可行。而是當(dāng)有標(biāo)準(zhǔn)化平臺(tái)與共通標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系的業(yè)者才有機(jī)會(huì)掌握更多商機(jī)。