智慧家庭環境不同 NXP打造最適化MCU
- 洪千惠
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過去在物聯網領域，MCU不是定位為系統邊緣節點運算與控制，就是應用於攜帶式產品，不過隨著架構的功能改變，物聯網的終端設備開始被賦予更多需求，因此MCU的角色也開始轉變。恩智浦(NXP)大中華區MICR行銷經理黃健州指出，在部分領域如穿戴式裝置，MCU的角色並不會有太大變動，不過如果是系統面產生變化，例如近年啟動智慧家庭系統，傳統MCU就會難以負荷系統需求，而必須以全新的設計思維因應，以NXP的i.MX RT系列MCU為例，NXP將其定位為系統閘道器，具有一定程度的運算功能，降低後端處理器的工作負擔。
黃健州進一步表示，MCU早已應用於家電產品多年，絕大多數產品都已內建，不過對家電廠商來說，控制系統屬於全新的概念，會有截然不同的需求，過去在家電設備的設計無法完全被套用，即時性就是其中之一。過去的MCU主要以Linux為作業軟體，開機時必須等待一小段運算時間，不過在智慧家庭系統中，使用者對即時性的要求相當高，像是近年來被視為智慧家庭未來主流介面的語音控制，使用者發出語音指令時，系統必須即時辨識，過去系統主要以DSP為運算核心，收到語音等需要大量處理的訊號量時，必須將之傳送到雲端進行運算，再回傳到前端設備，一來一往的傳送所造的延遲，會造成系統效能不彰。
要讓前端的MCU處理語音，其運作效能不能太低，i.MX RT的內核採用ARM Cortex-M7，運作時脈可達600MHz，且其效能強大。黃健州以i.MX RT1050為例，此產品在600 MHz時，i.MX RT1050比任何其他Cortex-M7產品的運作速度快50%，也比現有Cortex-M4產品快超過兩倍，透過整合此高效能與Cortex-M7核心，其中斷延遲可低至20奈秒，是全球所有ARM Cortex產品中最低的延遲時間，因此處理語音的效能已然足夠。不過他也表示，在初期仍必須連上雲端平台，透過雲端進行語意辨識學習，之後即可以深度學習演算法，讓前端語音平台自主學習。
黃健州指出，智慧家庭語音系統的MCU需求有三，首先是現在一般家庭成員不多、連網的家電數量與所需功能也有限，因此MCU的語音和語意不需要過於強大的辨別能力；再者在設備前端已有運算，並不需要把數據傳送到雲端，不會有長時傳輸的需求狀況；最後則是家用系統對價格的敏感度高，成本一直是市場普及的重要因素。對此i.MX RT會是相當適合的產品，目前i.MX RT最多可辨識500組不同語音，其效能也正符合家庭語音系統所需，成本方面，NXP目前正與第三方廠商合作，以軟體DSP辨識為自然語意，軟體DSP功能也將寫入i.MX RT內，並取代系統內的DSP元件，讓整體成本可以往下降。
NXP的i.MX MCU產品系列相當豐富，尤其在物聯網應用，如果需與Google Cloud或AWS等大型雲端平台的應用連結，NXP有i.MX7或i.MX8等高效能產品，但在家庭控制系統領域，效能與價位適中的i.MX RT就相當合適。就目前全球的語音輔助平台市場中，Amazon的Alexa仍是指標性平台，因此在這部分，NXP也將此鎖定為應用目標設備。
除了MCU產品之外，環境開發也是MCU廠商的重點布局，尤其是近年來各類型不同應用紛紛出爐，讓軟體開發平台的重要性大增，為了因應不同環境的標準需求，NXP積極參與各種聯盟，在家庭領域，針對邊緣節點通訊標準所成立的Thread聯盟就是其一，Thread的標準主要是以網狀拓樸，讓家庭系統不再有主從站之分，各節點均具有收發功能，避免因單一線路的中斷，造成整體網路停擺。在4年前此聯盟剛成立時，NXP即已加入，並設計出符合Thread標準的軟體開發套件。
對於智慧家庭的市場前景，黃健州指出在各環節廠商的努力開發下，目前應用已開始落地，與其他領域相較，家庭控制系統對MCU的需求雖也同樣是低功耗、低成本、小體積，不過家庭環境內的設備多元，例如溫度控制與影音娛樂，兩種系統對MCU的需求可能就不同，工程師在選擇時，需仔細審視本身需求，方能設計出最佳化架構。
