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智慧家庭環境不同 NXP打造最適化MCU

2018/09/18 - 洪千惠

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。


圖說:恩智浦(NXP)大中華區MICR行銷經理黃健州指出,家庭應用環境特殊,對MCU的需求也不相同。(DIGITIMES攝)