TI 嵌入式應用研討會 因應智能化趨勢擴展應用範疇
- 李佳玲／台北
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為了推動AI技術在邊緣計算中的普及和應用，近來嵌入式系統正朝高效數據處理、分析能力和即時學習功能發展，並透過提供完備的AI模型與開發工具，來縮短開發週期，降低技術門檻。此外，再結合多樣化的無線技術，已大幅擴展了傳統微控制器的應用範疇，帶動新商機。
因應此趨勢，微控制器領導廠商德州儀器（TI）在2024年度的嵌入式應用研討會中，揭示了支援AI/ML的智能化嵌入式產品開發，以及即時C2000控制系統、新款MSPM0微控制器設計、毫米波雷達等多項技術，能以完備的產品組合推動嵌入式系統的創新發展。此外，佐臻、研揚、鴻佰等重要夥伴亦分享了利用TI解決方案開發的各項新產品。
智能化的嵌入式產品開發
TI資深工程師暨科技委員Rio Chan以馬達和電弧（arc）故障偵測為例，說明如何利用C2000即時微控制器產品來建置高度準確且支援AI的故障監控功能。
他指出，馬達在製造、電動車、機器人等各領域的應用廣泛，早期的故障偵測對於縮短待機時間、降低維修成本和提升安全性至關重要。至於電弧（arc）故障偵測，隨著能源系統的快速演進，包括太陽能發電、充電站、家用逆變器等，這些應用中AC和DC並存，因此有效的DC電弧故障偵測已日益重要，以避免火災、毀損物品，甚至危及生命等風險。
與傳統方式相比，利用AI進行故障偵測有許多效益，例如，準確率可提升至98%以上、不會受到雜訊干擾，而且透過資料收集與訓練，可以持續升級模型參數，適應新的應用條件。為考慮延遲和安全性等因素，這類的AI-based故障偵測最好是採用邊緣運算方式，他介紹了利用TI F28P55/65進行馬達和電弧故障偵測，搭配Edge AI Studio線上工具，可實現準確率更高的故障偵測。
另一方面，隨著AI應用的興起，由於AI資料中心需內建功率更高的先進GPU，已對功耗帶來顯著影響。因此，AI資料中心的電源架構已從第一代的12V DC匯流排朝48V移轉，藉由更低的電流來降低傳導損耗，同時也需要拓樸創新，例如圖騰柱PFC數位控制（CCM），來提升效率、功率密度和暫態反應。
TI應用工程師Andre Tseng介紹了如何利用C2000和AM26x來實現先進PWM模組，以及TI新一代DSP F29x來滿足日益增加的即時控制運算需求，可應用在機器人馬達控制、功能安全性的設計。
針對邊緣AI應用，在微處理器業者的積極支援與效能提升推動下，近來已獲得顯著進展，廣泛應用在汽車ADAS、機器視覺與缺陷偵測、家庭保全、機器人等各領域。
TI應用工程師Gibbs Shih介紹了TI一系列的通用型微處理器，包括AM62、AM67、AM68和AM69。這些不同效能的處理器都是接腳相容，可確保產品開發的可擴充性。
而隨著AI/ML應用對於算力需求的增加，TI也開發了相對應的AM62A~AM69A深度學習加速器（DLA），其中均內建矩陣乘法加速器，以提升AI效能。同時，開發人員可根據其應用需求，彈性選用所需規格，確保靈活性。Gibbs Shih亦解釋了如何利用Edge AI Studio來開發邊緣AI產品，以及PCB缺陷偵測的實際範例。
無線產品設計：毫米波雷達、以及藍牙與 Wi-Fi應用
從視訊門鈴到HVAC系統，毫米波雷達可為各種應用提供強大的偵測能力，然而如何為雷達進行相關測試，以確保產品效能是至關重要的。TI資深應用工程師暨科技委員Jesse Wang以IWRL6432元件為例，說明了毫米波雷達應用效能的測試方法和工具。
他指出，進行測試時，需建立與實際應用情境相似的測試環境，設計一套測試計畫，同時還需設定良好的效能指標。TI可提供雷達測試的分析工具，可用於資料收集與分析，並調整偵測參數，以減少錯誤偵測。
此外，隨著毫米波應用日益普及，結合機器學習功能，以增強效能亦受到關注。Jesse Wang表示，毫米波雷達可準確感測距離和速度數據，可透過收集到的資料，運用開放原始碼工具，以IWRL6432在邊緣訓練和部署機器學習模型。他以掃地機器人為例，說明開發和測試新的ML雷達應用的過程，可藉由導入AI功能，提升嵌入式產品的價值。
除了毫米波雷達，Wi-Fi和藍牙應用也是嵌入式產品開發的重要一環。TI資深應用工程師Frank Liu介紹TI2023年推出的Wi-Fi 6和低功耗藍牙5.3新產品CC33xx，能以優異的價格競爭力，把Wi-Fi技術帶到更多的工業IoT應用。
由於安全特性是IoT應用所必須，Frank Liu特別說明了CC33xx的多項安全功能，包括安全啟動/信任根、Rollback保護、主機介面選項，以及網路安全性等。此外，此產品亦支援網路安全EN 303 645標準，同時TI亦關注歐盟網路韌性法案（CRA）的進展，確保產品遵循性。
無縫轉換至MSPM0 MCU新產品
MSPM0平台是TI2023年推出的Arm Cortex-M0+ MCU產品，儘管市場上M0+產品已問世多年，且競爭者眾，但TI企圖以其完備的產品組合、極佳的成本優勢，以及設計資源來爭取商機。TI資深應用工程師Frank Liu介紹了 MSPM0產品組合，以及如何利用適當的工具與資源，即可從STM8、Microchip和Renesas等平台無縫地轉換至此新產品。
MSPM0系列共分為M0G最佳運算、M0L最低功耗、M0C最低成本等三個產品線，其底層軟體開發套件和程式庫完全相同，因此，開發的軟體可以互通，全系列共提供超過15種封裝形式，只要是同一種封裝，均接腳相容，可保障最佳的設計擴充性。
此外，TI提供了豐富的設計資源，涵蓋從類比設計、系統配置到應用程式調適等各階段。在硬體方面，則有多款低成本Launchpad開發板，以協助縮短開發時程。
與此同時，MSPM0平台亦提供各種子系統，使軟體開發更為簡易。TI應用工程師Jerry Kuo說明了如何以MSPM0子系統解決常見的MCU設計挑戰。
他表示，MSPM0 MCU具備成本最佳化、最小封裝、以及先進類比整合等特性，適用於各種工業和汽車應用。為了加速設計， MSPM0 SDK可提供所有開發人員需要的軟體，包括程式庫、中介軟體、即時作業系統、驅動程式以及多種程式碼範例，包括週邊程式碼和MSP子系統。
所謂子系統，是專為克服常見MCU挑戰的建構方塊，可節省軟體開發資源。MSPM0 MCU可提供豐富得子系統，包括通用功能、通訊橋接、以及類比功能。舉例來說，可利用MSPM0子系統來快速實現UART-to-I2C橋接，或是來開發具備PWM功能的LED驅動器等。
合作夥伴展現創新產品開發成果
在研討會中，TI特地邀請到鴻佰、研揚和佐臻等重要夥伴分別就伺服器水冷控制、工控智慧閘道器以及智慧穿戴裝置等應用展現其開發成果。
鴻佰科技技術經理曾創煒博士介紹了該公司利用TI C2000微控制器開發的先進伺服器水冷控制解決方案。由於AI伺服器中內建的GPU功率愈來愈高，從350W，逐漸增加到700W、1000W，甚至1000W以上，使得冷卻方式已從傳統的氣冷，朝液冷，包括「水對氣」、「水對水」兩種方式，以及浸沒式冷卻（Immersion cooling）發展。
曾創煒博士指出，「水對氣」和「水對水」是目前主流的冷卻方式，至於浸沒式冷仍在開發階段尚未完全成熟。PUE（電力使用效率）是衡量冷卻效能的指標，PUE值越低，代表機房空調冷卻時所耗的電力就會更少，理想的PUE 比率為1.0，而目前的氣冷方式PUE大於1.4，「水對水」則約為1.2~1.1。
鴻佰開發的模組化機架式液冷解決方案中，利用C2000控制器來控制包括CDU/RPU（冷水分配器）、風扇、系統邏輯、感測器讀取和幫浦控制等各元件，已獲得市場廣泛採用。
研揚科技RISC產品經理龍韻如介紹了利用TI AM62處理器開發的工控市場閘道器智慧解決方案。她表示，會採用AM62主要是因為它所具備的規格優勢，包括四核心、多種I/O功能、支援dual GbE與雙螢幕、寬溫、安全性、20年的長壽命期以及優異的成本效益等。
目前研揚以AM62為基礎，開發了兩款產品，一個是單板式PICO-AM62和系統型SRG-AM62。實際應用案例分享，包括：數位食品安全管理、能源管理、大眾運輸（巴士）閘道控制器等。此外，龍韻如說明如何利用Node-RED來幫助客戶更高效地將不同protocol部署來開發產品。這是一款開源的編程工具，基於瀏覽器的簡易操作方式，透過物聯網協定把硬體裝置、API和線上服務連結在一起。
最後，佐臻分別說明了毫米波雷達以及無線通訊的應用與趨勢。佐臻專精於系統模組（SoM）和系統級封裝（SiP）產品開發，以微型化技術為基礎，近來擴展至AR智慧眼鏡產品，並建構了XR MetaSpace生態系統。
佐臻開發的一系列AR智慧眼鏡便是採用TI的毫米波雷達解決方案。該公司資深業務經理Vince Hsu指出，毫米波雷達的興起並不是要取代既有的紅外線雷達或攝影機，而是由於它能以更佳的成本偵測距離和角度，並具備較佳的夜間偵測品質、隱私保護，以及較不受環境限制，所以能打造出不同的應用情境。
佐臻已開發出尺寸精巧的低功耗IoT毫米波雷達模組，可適用於電視、監控、運動感測、智慧門鈴、銀髮照護等各種應用。例如，存在感測器（presence sensor）便可利用毫米波雷達的人體偵測，打造各種智慧家庭應用。此外，AR眼鏡與毫米波雷達的結合也會是未來趨勢，可提供嶄新的沉浸式互動體驗。
佐臻董事長特助Alan Lin介紹了該公司的穿戴式無線應用。除了毫米波雷達模組，佐臻亦開發了一款Wi-Fi 6和BLE模組AIOT-WG02，應用在其最新的J8L AR眼鏡。他強調，AR眼鏡的開發要顧及輕量化，並要在有限的空間中建置無線通訊、天線與電池，以及提供足夠的算力。該公司已利用J8L AR眼鏡建構了多種應用情境，包括文化、旅遊導覽和教育等。
