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TI推出两款集成NPU的边缘AI微控制器,加速嵌入式智能落地

香港天翔電子有限公司 / 03-24 17:32

近年来,人工智能正经历一场深刻的范式迁移——从云端走向边缘。AI不应只存在于大型机房,而应无处不在、运行于每个嵌入式设备之中。

过去,主流的边缘AI多运行于高性能处理器或SoC之上,专注于视觉类应用,但受限于功耗、内存、成本及编码复杂度,简易嵌入式系统难以承载AI工作负载。而MCU凭借其成本效益与低功耗特性,能够在超边缘位置部署推理功能,将传统基础控制器转变为高效的智能赋能器,为边缘AI的规模化普及开辟了全新可能。

近日,德州仪器(TI)正式推出了两款集成自研TinyEngineTM神经处理单元(NPU)的微控制器(MCU):面向通用型低功耗应用的MSPM0G5187,以及面向实时电机控制场景的AM13E230系列。这两款新品旨在解决边缘AI规模化部署中长期存在的功耗、成本与延迟瓶颈,让AI能力真正“无处不在”地运行于各类嵌入式设备之中。

边缘AI的“最后一公里”难题

过去几年主流的边缘AI多运行于高性能处理器或SoC之上,聚焦于视觉类应用,但功耗、内存和成本门槛限制了其在简易嵌入式系统中的普及。而MCU凭借其低功耗、低成本和高集成度,正成为将AI推理部署至“超边缘”位置的关键载体。

“AI不应该只存在于云端和大型机房,而应运行在每个嵌入式设备里面。”TI MSP微控制器产品线经理罗一丁指出,通过将算力移至数据源头,终端用户可获得四大核心收益:系统响应速度质的提升、功耗大幅降低、数据隐私与安全性增强,以及在网络中断时仍能稳定运行的可靠性。

为实现这一目标,TI推出了TinyEngineTM NPU——一款专为深度学习推理设计的硬件加速器,现已集成至TI的Arm架构和C2000TM实时MCU产品组合中。据介绍,该NPU可提供2.56 GOPS的计算性能,支持8位、4位、2位及混合精度配置,通过量化和就地计算有效缓解存储空间限制。与未配置加速器的同类MCU相比,每次AI推理的能耗可降低至1/120以下,延迟降至1/90以下,为电池供电、紧凑尺寸的终端产品带来了变革性可能。

在此基础上,TI推出了两款集成TinyEngine™ NPU的新器件——MSPM0系列通用型MCU MSPM0G5187和C2000TM系列AM13E230 MCU。根据TI方面的介绍,公司将计划在未来更多的MCU系列中持续集成TinyEngine™ NPU技术。

除了新的硬件新品之外,TI还介绍了为助力嵌入式开发人员简化AI辅助开发和边缘AI开发,推出的内置TI专属编译器、增加AI辅助功能的传统CCStudio集成开发环境,以及覆盖AI设计全流程且向客户免费开放的CCStudio Edge AI Studio。

MSPM0G5187:让AI走进成本敏感型应用

MSPM0G5187是TI首款将TinyEngineTM NPU集成至Arm Cortex-M0+内核的通用型MCU,同时MSPM0系列也是TI性价比最高的MCU系列。该芯片专为简单控制应用设计,通过增添AI加速功能,将智能化带入全新电子器件类别。其超低功耗系统架构与NPU协同,使每次AI推理能耗大幅降低,待机模式下电流消耗低于2µA,确保电池供电设备在运行AI算法的同时不影响续航。

该MCU还集成了灵活的模拟与数字接口,支持各类传感器数据采集,并首次配备I2S音频接口与USB2.0,为设计人员提供更高灵活性。在信息安全方面,MSPM0G5187支持后量子密码学(PQC)安全启动,并提供符合FIPS 204标准的ML-DSA数字签名方案,为数据和AI模型提供强有力保护。

在千颗起订量下,这款集成丰富功能的MCU单价低于1美元,使得以往因成本、尺寸、功耗限制而无法采用传统AI解决方案的产品,如今也能运行复杂AI模型,真正实现边缘AI的普及化与大众化。

根据罗一丁的介绍,MSPM0G5187在智能家居和可穿戴设备应用上具有较好的表现。

在智能家居场景中,语音唤醒功能通常需要设备持续监听,功耗较高。MSPM0G5187通过集成NPU,可实现极低功耗的本地唤醒词检测。罗一丁介绍说,模拟麦克风捕获声波后,经模拟前端放大、滤波并转为数字信号,MCU通过I2S接口接收音频流,由TinyEngineTM NPU实时运行一维卷积神经网络(1D-CNN)模型进行关键词识别。仅在检测到有效唤醒词时,系统才唤醒主处理器执行后续任务。

相比仅使用CPU运行相同模型,NPU加速可将延迟降低92%以上;系统整体功耗控制在数十毫瓦级别,较传统语音处理器的数瓦功耗降低近百倍,为电池供电的智能音箱、恒温器等设备提供了全天候待机的可能。

在智能戒指、智能手表等可穿戴健康设备中,MSPM0G5187同样展现出优势。加速度计和陀螺仪等传感器捕获人体运动数据后,MCU直接片上运行AI模型,识别手腕转动、睡眠翻身等手势或活动模式。同样的架构也可扩展至心率、窦性心律等生物特征分析。

该芯片将高效的AI计算能力与灵活的模拟、数字外设高度集成于仅数平方毫米的封装内,帮助设计人员在紧凑外形中实现更多功能,满足消费者对可穿戴设备“轻巧、长续航、精准识别”的多重期待。

AM13E230:为实时控制注入AI能力

AM13E230是TI基于C2000TM实时控制架构推出的全新MCU系列。TI ASM微控制器工业业务负责人吴健鸿介绍道,这是TI首次将高性能Arm Cortex-M33内核与TinyEngineTM NPU集成于单芯片,主打电机控制等实时控制场景。其CPU主频达200-250+MHz,CoreMark评分高达4.35/MHz,集成三角函数加速器,实时控制运算速度较传统CORDIC方案提升10倍以上。该芯片可同时控制多达四个电机,并集成了C2000TM系列各类模拟外设,帮助设计人员简化系统架构、将物料清单成本降低达30%。

具体来看,通过集成TinyEngineTM NPU,AM13Ex MCU可在实时控制场景中实现AI驱动的智能判断,应用涵盖光伏系统电弧检测(准确率从85%提升至99%)、电机轴承故障检测、洗衣机负载平衡、电池健康检测、风机负载失衡检测及空调系统优化等。芯片内置581KB内存,搭配高速ADC与30路PWM输出,单芯片即可完整管控四电机系统,为工业自动化与智能电器提供高性能、高集成度的解决方案。

吴健鸿介绍了AM13E230系列在洗衣机、人形机器人领域的应用案例。

在洗衣机应用中,AM13E230系列可单芯片实现PFC电机控制与主电机、滚筒电机的协同操控。运行过程中,CPU专注执行实时控制任务,NPU同步采集工况数据、运行神经网络模型,实时检测衣物负载并自动调节扭矩与速度曲线,防止电机过载。这种并行处理架构既保障了控制环路的确定性,又通过本地AI推理实现了自适应优化,无需依赖云端或额外分立元件。

人形机器人是AM13E230系列的另一重点应用方向。现代人形机器人包含20至50余个电机,从肩肘关节到灵巧手指尖,对控制的精度、响应速度和稳定性要求极高。若将所有传感器数据回传至中央大脑再下发指令,将引入难以接受的延迟。

通过在关节电机控制单元直接集成AI能力,AM13E230可在本地实时监测扭矩、负载、电流等参数,检测异常运行状态并提前预警,从而延长电机寿命、提升系统安全性。7mm×7mm的小封装尺寸也使其能够嵌入紧凑的关节空间,实现更灵活的运动范围。

软件生态:降低边缘AI开发门槛

TI在此次发布中也强调了软件生态的支撑作用。比如,TI推出的免费的CCStudio Edge AI Studio工具,覆盖从数据采集、模型训练到部署的全流程,支持PyTorch、TensorFlow和ONNX等主流框架,并提供超过60种预训练模型供开发者直接调用。对于不具备深厚AI专业知识的团队,该工具还提供无代码解决方案,进一步降低准入门槛。

与此同时,TI传统的CCStudio集成开发环境(IDE)新增了生成式AI辅助功能。开发者可使用自然语言描述需求,系统即可自动生成针对TI MCU优化的底层代码与应用代码,将传统数周的开发周期缩短至数分钟。

针对TI的硬件+软件产品,罗一丁总结道:“我们带来的不仅是两款芯片或者一个算法,而是一个真正能够帮助开发者把想法变成现实缩短研发周期提供产品竞争力的成熟生态链。”

让边缘AI“飞入寻常百姓家”

从1978年发明数字信号处理器(DSP)为AI铺路,到如今将专用NPU集成至MCU中,TI在边缘智能领域的布局已覆盖从通用MCU、实时MCU到无线MCU和高性能处理器的全产品矩阵。根据TI的规划,未来该公司将在更多MCU系列中持续集成TinyEngineTM NPU,并通过可扩展的硬件平台与完善的软件工具链,帮助工程师在任意性能水平和价格区间内部署智能技术。

正如TI在2026年国际嵌入式展上观察到的那样,工程师的关注点正从“理论算力”转向“应用落地”。TI此次发布的两款新品及其背后的软硬件生态,正是对这一趋势的回应——让边缘AI不再停留于概念,而是真正融入日常的电子设备,成为工程师手中触手可及的生产力工具。


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