2021年嵌入式技术的5大关键趋势

嵌入式技术正在不断发展——运行速度更快，结构更紧凑，成本更低。一台配备图形处理单元（GPU）的超级计算机可以放在手中，而且价格不到100美元。它可用于人工智能（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。让我们看一下嵌入技术的五大趋势。

一、无线连接正在爆炸性增长

根据Grand View Research的预测，到2025年，物联网市场规模将达到1万亿美元。这代表着数量众多的连接，这些连接将改善我们生活的许多领域，包括制造业、零售业、能源、智慧城市、医疗保健、交通运输等等。制造业的工业4.0计划可能成为第一个受益者。通过预防性维护、实时数据监控，以及IoT连接所生成的报告，智能工厂将能够以更少的成本生产更多的产品。

5G时代将把传输速度提高到20 Gbps； 6G有望更快。随着低功耗广域网（LPWAN）的普及，再加上NimbeLink、Sequans、MultiTech、Elektronik、Digi和Telit等供应商提供的芯片和设备，无线连接的爆炸性增长将继续加速。物联网将无处不在。

二、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一直在推销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发展规划，决意要超越所有其它处理器。难怪GPU供应商英伟达（Nvidia）欲以400亿美元的高价收购Arm。

每个人都在追求5G互联网的超速（目前已证明能够达到10 Gbps的下行链路速度，而4G LTE则为0.5 Gbps）。处理器、互联网和系统将不仅仅是更快，而是超快。

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，而不像传统计算机需要好几天解决类似的问题。量子计算的方法不是使用位来表示0或1，而是使用量子位（qubit）来同时表示0和1。

尽管量子计算速度很快，但是测量量子位是一个挑战。不过，芬兰阿尔托（Aalto）大学的一个团队最近仅使用很少的能量就测量出了量子位，从而有可能推动该技术的快速发展。

控制量子位将采用的路径是另一个挑战。但是，美国麻省理工学院（MIT）和美国纽约城市大学的研究人员报告称，在基于氮化铝的光子IC平台上可以产生并直接集成量子发射器。

毫无疑问，量子计算将在提高计算速度将发挥重要角色，但其广泛应用仍需要几年的时间。

三、网络攻击日渐频繁和危险

网络攻击一直在不断，尽管此类攻击总是带有不同程度的破坏性，但它们将变得越来越危险。例如，随着春季疫情的蔓延，世界卫生组织（WHO）警告说，他们所受的网络攻击比去年同期增加了五倍。对乌克兰电网的攻击导致20万客户断电，这些对日常生活造成了重大破坏，而且这些都不是孤立的事件。

有许多不同类型的恶意病毒软件。在勒索病毒攻击中，黑客控制一个系统，要求受害者支付赎金，然后才将控制权返还给他们。勒索软件黑客变得越来越老练，也越来越贪婪。他们不仅袭击企业和政府机构，甚至攻击医院。

今年9月，德国一名医院患者的死亡与网络攻击直接相关。她需要紧急医疗救护，但是她当时所在的杜塞尔多夫（Düsseldorf）医院正遭受勒索软件攻击，这导致医院无法提供挽救生命的必要服务。病人被重新安排到20英里外的一家医院，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。

随着网络连接的增加和更高的5G速度，此类攻击可能会变得更加频繁。为了应对这些攻击，各类组织正在加紧部署网络安全工作。预计到2025年，网络安全市场规模将达到2540亿美元。嵌入式安全软件和硬件正呈指数式增长。新的硬件设计越来越多地内置安全芯片，英飞凌、Microchip、ST、Micron和华邦等芯片厂商都在开发和提供这类安全芯片。

网络攻击和反攻之间的对抗将会更加激烈。

四、VR正在成为现实

自从专门用于游戏的3D虚拟现实发布以来，VR及相关产品已经发展成为一个利润非常可观的市场。最初的VR概念已经演变为增强现实（AR）、混合或合并现实（MR）和扩展现实（XR），这些技术已经扩展到工业和商业应用领域。

AR特别适合培训。用户戴着透明的护目镜，而信息则叠加在屏幕上。这些信息可以是诸如执行设备维修程序之类的指令。MR比AR更进一步，它可让用户查看实际场景和其它可能的场景，融合实际图像和创建的图像。XR则是终极的应用，可以投影出看似真实的物理对象的全息图像。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，对方的图像将出现在用户面前，就像正在召开面对面会议一样。

可以提高生产力的VR应用涉及范围广泛，包括医学、制造、培训和娱乐。例如，医生培训需要许多实际操作体验，即便不难操作也可能会很昂贵。借助VR，可以为医学实习生设置模拟练习，而不用冒着在真实患者身上犯下严重错误的风险。

微软HoloLens MR智能眼镜

投资VR的巨头包括Microsoft、Google和Intel等。市场观察家预计，未来几个月将出现新的VR创新和机遇。例如，随着疫情的蔓延，像全息照相这种虚拟会议可能是仅次于面对面（真实）会议的最佳选择。

五、AI将出现在每个嵌入式设计中

人工智能及其现实应用（机器学习）正在蓬勃发展，随着时间的推移，预计会有更多的嵌入式设计包含AI。当今的AI几乎可以用于你想到的任何领域，包括零售、医疗保健、自动驾驶、电子商务、制造业、供应链、工业控制、娱乐和银行等等。

例如，基于AI的系统可以配备摄像机，以确保工人在操作过程中穿戴正确的防护装备。如今，配备了物联网和AI的智能工厂可以通过实时监控让AI避免操作错误来提高生产率。从长远来看，人工智能可以做的会更多。让我们设想一个未来工厂的场景，该工厂会使用AI和机器人技术进行即时组合，以生产另一种产品。例如，为生产医疗设备而建立的流水线可能第二天就能生产智能手表。

人工智能还可以使银行业务和其它交易更加安全。 Flowchain是一家位于台湾的开源区块链组织，提出了一种将IoT、AI和区块链技术结合的方案，可以创建更安全的数据挖掘方法。区块链是一种相对较新的电子分类账解决方案，可确保安全性。当交易待处理时，所有利益相关者都会得到通知，并且必须都同意交易才能进行。

人工智能方面的合作关系包括Nvidia与VMware的合作（VMware是一家软件公司，可帮助工业企业连接到多种云服务平台）。他们打算提供端到端的AI企业平台。Intel已经与海德堡大学计算中心达成协议，以追赶行业领导者Nvidia。

与此同时，越来越多的AI硬件正在以合理的价格推出。Nvidia最近宣布了重新打包的GPU模块，价格仅59美元，打算向公众提供。这款紧凑型模块提供许多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。

英伟达的2GB Jetson Nano（来源：英伟达）

人工智能初创公司Hailo最近推出了基于自研Hailo-8芯片的AI加速模块，意欲与Google和Intel竞争。

人工智能的用途还有很多。随着AI硬件价格的下降，嵌入式设计有望增加更多AI功能。

展望未来

这次疫情迫使我们以不同的方式看待一切。一些行业已经被颠覆，并且可能永远被改变。旅行和娱乐业的企业在不断挣扎中改造自己，有些企业被迫永久关闭。但是，远程医疗蓬勃发展，这得益于新的医疗设备，这些设备将医生和患者在线连接起来。现在，人们在家中就可测量很多生命体征数据，并立即将这些数据远程提供给医生。

嵌入式技术将继续增长，即使疫情可能会改变增长的路径。将来，在每个嵌入式设计中，无线连接、更快的嵌入式处理和计算、更多的网络攻击和反击解决方案，更复杂的虚拟现实以及人工智能将会看到爆炸性的增长。

责编：Amy Guan

本文为《电子工程专辑》2021年1月刊杂志文章，版权所有，禁止转载。点击申请免费杂志订阅