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这些行业趋势的变革正在重新塑造嵌入式设计

2022-07-18 16:47:00

嵌入式技术正在发展——性能更快、更紧凑、成本更低。一台带有图形处理单元 (GPU) 的超级计算机可以一只手拿着，而且只需不到 100 美元即可购买。它可用于进行人工智能 (AI) 开发和机器学习。自动驾驶汽车控制车辆所需的 AI 模块现在可以安装在汽车中。让我们看看前五个趋势。

无线连接正在爆炸式增长

根据 Grand View Research的数据，到 2025 年，物联网市场预计将达到 1 万亿美元。这代表着大量的连接，这将改善我们生活的许多领域，包括制造、零售、能源、智慧城市、健康护理、交通等。制造业的工业 4.0 计划可能是第一个从中受益的。通过物联网连接实现的预防性维护、实时数据监控和报告，智能工厂将以更少的资源生产更多产品。

5G时代将传输速度推至20Gbps；6G 有望更快。随着低功耗广域网 (LPWAN) 以及 NimbeLink、Sequans、MultiTech 、 Elektronik、Digi 和 Telit等供应商的芯片和设备的出现，无线连接的爆炸式增长将继续加速。物联网将无处不在。

速度就是一切

多核处理器性能更好，因为它们可以将单个内核专用于执行独特的计算任务，例如图形处理。几乎每个人都熟悉 8 核或 16 核处理器。不过，最近，英特尔和 AMD 一直在推动 128 核处理器。IP 公司 Arm 已将基于 5 纳米节点的192 核处理器的开发列入其路线图，并决心超越其他所有人。难怪 GPU 领导者英伟达目前正在寻求以 400 亿美元的价格收购 Arm。

每个人都在追逐 5G 互联网的超高速（目前被证明能够达到 10 Gbps 的下行速度，而 4G LTE 的下行速度为 0.5 Gbps）。处理器、互联网和系统不仅会变得更快，而且会变得超快。

另外，量子计算的使命是为科学研究和机器学习提供非常快速的计算能力。量子计算可以在几秒钟内解决问题，而不是传统计算机需要几天才能解决类似问题。量子计算的方法不是使用比特来表示 0 或 1 的状态，而是使用量子比特或量子比特来同时表示 0 和 1。

虽然量子计算速度很快，但测量量子位是一项挑战。然而，芬兰阿尔托大学的一个团队最近能够仅使用非常少量的能量来测量量子比特，这可能会推动该技术向前发展。

控制量子比特将要走的路线是另一个挑战。但美国麻省理工学院(MIT) 和纽约城市大学的研究人员报告了量子发射器在氮化铝基光子 IC 平台中的生成和直接集成。

毫无疑问，量子计算将在提高计算速度方面发挥作用，但量子计算的普及还需要几年的时间。

网络攻击变得越来越频繁和危险

网络攻击一直呈上升趋势，虽然此类攻击一直具有破坏性，但它们正变得越来越危险。例如，随着大流行在春季蔓延，世界卫生组织警告说，与一年前相比，对该组织的网络攻击增加了五倍。对乌克兰电网的臭名昭著的袭击导致 200,000 名客户断电，对日常生活造成重大干扰——而且这不是一个孤立的事件。

有许多不同类型的恶意软件。在勒索软件攻击中，黑客强占系统并要求受害者支付赎金，以将控制权交还给合法所有者。勒索软件黑客变得越来越老练和贪婪。他们袭击了企业、政府设施，甚至医院。

此前，德国一名患者的死亡与网络攻击直接相关。她需要紧急医疗护理，但她被紧急送往医院的杜塞尔多夫医院遭到勒索软件攻击，该医院无法提供挽救她生命所需的服务。病人被转送到 20 英里外的医院，但为时已晚。这是此类悲剧的第一次报道，但可能不是最后一次。

随着更多连接的建立和更高的 5G 速度，此类攻击可能会变得更加频繁。为了应对它们，组织正在加紧网络安全工作。预计到 2025 年，网络安全收入将达到 2540 亿美元。嵌入式安全软件和硬件呈指数级增长。新的硬件设计越来越多地内置了来自英飞凌、Microchip、意法半导体、美光、华邦等公司的安全芯片。

网络攻击与反击之间的竞争将升温。

虚拟现实正在成为现实

Since the early development of 3D virtual reality for gaming, VR and its offshoots have evolved into a serious, and seriously profitable, business. The initial VR concept has evolved to include augmented reality (AR), mixed or merged reality (MR), and extended Reality (XR), expanding the technology into a range of industrial and commercial applications.

AR 非常适合训练。用户佩戴透明护目镜，信息叠加在屏幕上。例如，该信息可以是执行设备维修程序的说明。MR 通过允许用户查看真实情况和其他可能的场景，混合真实和创建的图像，进一步推进了这一步骤。最后，XR 是终极应用程序，可以投射出看起来像真实物理事物的全息图像。例如，XR 将为远程会议提供新的维度；与传统的视频会议不同，使用 XR 时，人的图像会出现在用户面前，就好像正在举行面对面的会议一样。

可以提高生产力的 VR 应用范围广泛，包括医药、制造、培训和娱乐。例如，一名实习医生需要许多实践经验，如果不难找到，设置成本可能很高。借助 VR，可以为医疗实习生设置模拟进行练习，而不会对真实患者犯下严重错误的风险。

投资 VR 的一级组织包括微软、谷歌和英特尔等。市场观察人士预计，未来几个月将出现新的 VR 创新和机会。例如，随着大流行的蔓延，类似于全息的虚拟会议可能是与同事面对面（真实）面对面会面的下一个最佳选择。

人工智能将出现在每个嵌入式设计中

人工智能及其实际应用机器学习正在获得动力，预计随着时间的推移，更多的嵌入式设计将包含这些概念。今天的人工智能几乎用于您能想到的任何领域，包括零售、医疗保健、自动驾驶、电子商务、制造、供应链、工业控制、娱乐、银行等等。

例如，基于人工智能的系统可以配备摄像机，以确保工人在操作过程中穿戴适当的防护装备。如今，配备物联网和人工智能的智能工厂可以通过实时监控操作并让人工智能做出避免操作错误的决策来提高生产力。从长远来看，人工智能可以做得更多。在对未来工厂的一个愿景中，该工厂将使用人工智能和机器人技术在飞行中进行自我改造，以生产不同的产品。例如，一条为生产医疗设备而设置的装配线可能会在第二天生产可穿戴智能手表。

人工智能还可以使银行业务和其他交易更加安全。Flowchain是一家位于台湾的基于开源的区块链组织，它提出了一种结合物联网、人工智能和区块链技术的方法，以创建一种更安全的数据挖掘方法。区块链是一种相对较新的电子账本解决方案，以确保安全。当交易待处理时，所有利益相关者都会收到通知，并且必须在允许交易发生之前达成一致。

人工智能领域的合作伙伴包括英伟达和 VMware 之间的合作，VMware 是一家帮助工业部门连接到多云的软件公司。合作伙伴打算为人工智能提供一个端到端的企业平台。英特尔已与海德堡大学计算中心结盟，以赶上事实上的领导者英伟达。

与此同时，更多的人工智能硬件正在以更实惠的价格出现。英伟达最近宣布了一个重新包装的 GPU 模块，标价 59 美元，打算向公众提供。紧凑的模块提供了许多I/O端口，包括USB、HDMI和千兆以太网，并支持基于该模块的开源项目。

AI初创公司Hailo最近推出了基于自家Hailo-8芯片的AI加速模块，与谷歌和英特尔展开竞争。

人工智能的用途仅限于一个人的想象力。随着人工智能硬件价格的下降，嵌入式设计有望增加人工智能功能。