وبلاگ شرکت در مورد ST STM32V873RJ میکروکنترلر ARM Cortex-M85 با فرکانس 800 مگاهرتز و قابلیت‌های هوش مصنوعی لبه

Shenzhen Mingjiada Electronics Co., Ltd. ST را تامین و بازیافت می کندSTM32V873RJمیکروکنترلر ARM Cortex-M85 با فرکانس 800 مگاهرتز که دارای قابلیت‌های هوش مصنوعی لبه‌ای است.

به لطف پیکربندی سخت افزاری برجسته و قابلیت های پردازش هوش مصنوعی لبه ای قدرتمند،STM32V873RJمیکروکنترلر به یک محصول معیار در بخش تعبیه شده با کارایی بالا تبدیل شده است. این محصول مجهز به هسته 800 مگاهرتز ARM Cortex-M85 و ترکیب فرآیندهای تولید پیشرفته با فناوری‌های شتاب اختصاصی، بر گلوگاه‌های عملکردی که به طور سنتی میکروکنترلرها در استنتاج هوش مصنوعی و سناریوهای محاسباتی پیچیده با آن مواجه می‌شوند غلبه کرده و راه‌حلی مقرون‌به‌صرفه برای کاربردهای هوشمند ارائه می‌کند.

I. پیکربندی سخت افزار هسته: تلفیقی کامل از هسته های با کارایی بالا و فناوری فرآیند پیشرفته

رقابت اصلی ازSTM32V873RJمیکروکنترلر از معماری سخت‌افزاری سطح بالایی خود سرچشمه می‌گیرد، با هر پیکربندی حول عملکرد بالا، قابلیت اطمینان بالا و مصرف انرژی کم طراحی شده است و پایه محکمی برای محاسبات هوش مصنوعی لبه‌ای ایجاد می‌کند.

1. عملکرد هسته در سطح پرچمدار: پشتیبانی شده توسط ARM Cortex-M85، یک جهش در قابلیت محاسباتی

به عنوان یک محصول شاخص در سری STM32V8 STMicroelectronics،STM32V873RJمجهز به آخرین نسل هسته Cortex-M85 32 بیتی ARM است که با فرکانس حداکثر 800 مگاهرتز کار می کند و آن را به یکی از قدرتمندترین هسته های موجود در سری Cortex-M تبدیل می کند. این هسته از یک معماری خط لوله سه مرحله‌ای استفاده می‌کند و فناوری پردازش بردار هلیوم ARM (همچنین به عنوان M-Profile Vector Extension، MVE شناخته می‌شود)، به طور قابل‌توجهی کارایی محاسباتی را برای پردازش سیگنال دیجیتال (DSP) و یادگیری ماشین (ML) افزایش می‌دهد. در مقایسه با هسته‌های نسل قبلی Cortex-M7 و Cortex-M55، سرعت استنتاج هوش مصنوعی و پردازش DSP آن تا شش برابر سریع‌تر است و امتیاز CoreMark بیش از 5072 است که به آن امکان می‌دهد محاسبات الگوریتمی پیچیده و وظایف پردازش داده‌های بلادرنگ را بدون زحمت انجام دهد.

علاوه بر این، هسته Cortex-M85 از واحدهای ممیز شناور نیمه دقیق، تک دقیق و دو دقت پشتیبانی می کند و به آن اجازه می دهد تا به طور انعطاف پذیر با استنتاج مدل هوش مصنوعی با الزامات دقت متفاوت سازگار شود. چه مدل های شبکه عصبی سبک وزن را مدیریت کند و چه الگوریتم های پیچیده بینایی کامپیوتری، محاسبات کارآمد را ارائه می دهد و در عین حال دقت محاسباتی و سرعت پردازش را متعادل می کند. علاوه بر این، هسته فناوری امنیتی ARM TrustZone را به همراه پسوند PACBTI (تأیید هویت اشاره‌گر و شناسایی هدف شاخه) ادغام می‌کند و آن را قادر می‌سازد تا به طور موثر در برابر حملات کنترل جریان دفاع کند و حفاظت در سطح سخت‌افزار را برای عملکرد ایمن دستگاه‌های هوشمند مبتنی بر لبه فراهم کند.

2. فرآیند ساخت پیشرفته و پیکربندی حافظه: متعادل کردن عملکرد و بهره وری انرژی

راSTM32V873RJبا استفاده از فرآیند پیشرفته 18 نانومتری FD-SOI (سیلیکون روی عایق کاملاً تخلیه شده) ساخته شده است که در مقایسه با فرآیندهای سنتی پیشرفت های دوگانه ای در کنترل مصرف برق و عملکرد دارد. فرآیند FD-SOI به طور موثر جریان نشتی تراشه را کاهش می‌دهد و مصرف برق ساکن را به میزان قابل توجهی کاهش می‌دهد در حالی که عملکرد فرکانس بالا را در 800 مگاهرتز حفظ می‌کند. این باعث می‌شود که برای دستگاه‌های هوشمند لبه‌ای که با باتری کار می‌کنند مناسب باشد و طول عمر عملیاتی آنها را افزایش دهد. در عین حال، فرآیند 18 نانومتری ردپای تراشه را کاهش می‌دهد و یکپارچگی را افزایش می‌دهد و STM32V873RJ را قادر می‌سازد تا تعداد زیادی از ویژگی‌ها را در یک بسته جمع‌وجور ترکیب کند.

از نظر پیکربندی حافظه، STM32V873RJ دارای فناوری حافظه تغییر فاز اختصاصی (PCM) STMicroelectronics است که ظرفیت بالا، قابلیت اطمینان بالا و سرعت خواندن/نوشتن سریع را ارائه می‌دهد. فناوری PCM امکان ذخیره سازی برنامه و عملیات خواندن/نوشتن داده ها را بدون نیاز به حافظه فلش خارجی فراهم می کند. سرعت خواندن/نوشتن آن بسیار بیشتر از حافظه های فلش سنتی است، در حالی که مقاومت بالایی در برابر تشعشعات و دماهای شدید ارائه می دهد و برای کاربردهای سخت مانند بخش های صنعتی و هوافضا مناسب است. علاوه بر این، این تراشه به SRAM جاسازی شده با ظرفیت بالا مجهز شده است تا نیازهای کش سرعت بالا را برای حجم زیادی از داده های موقت در طول محاسبات هوش مصنوعی لبه برآورده کند. این امر از لکنت محاسباتی ناشی از پهنای باند ناکافی ذخیره سازی جلوگیری می کند و در نتیجه عملکرد زمان واقعی استنتاج هوش مصنوعی را بیشتر می کند.

3. رابط های جانبی گسترده: مناسب برای سناریوهای لبه های متنوع

برای برآورده ساختن اتصالات متنوع و الزامات جمع آوری داده های دستگاه های هوشمند لبه،STM32V873RJمجهز به طیف گسترده ای از رابط های جانبی است که امکان یکپارچه سازی یکپارچه با سنسورها، دوربین ها و ماژول های ارتباطی مختلف را فراهم می کند. قابل ذکر است که یک رابط MIPI CSI-2 و یک پردازشگر سیگنال تصویر (ISP) را ادغام می کند که از یک رابط دوربین موازی 16 بیتی پشتیبانی می کند که امکان اتصال مستقیم به سنسورهای تصویر را فراهم می کند. این امکان جمع‌آوری و پیش‌پردازش بی‌درنگ داده‌های تصویر را فراهم می‌آورد، و پشتیبانی سخت‌افزاری را برای برنامه‌های هوش مصنوعی مبتنی بر بینایی کامپیوتر (مانند تشخیص اشیا و بازرسی بصری) فراهم می‌کند. در عین حال، این تراشه دارای یک رمزگذار داخلی H.264 است که داده‌های تصویر و ویدیوی گرفته شده را فشرده می‌کند و در نتیجه پهنای باند مورد نیاز انتقال داده و استفاده از ذخیره‌سازی را کاهش می‌دهد.

علاوه بر این، این تراشه به انواع رابط های ارتباطی، از جمله USB 3.0 پرسرعت، اترنت، CAN FD، SPI و I²C مجهز شده است که از چندین پروتکل ارتباطی صنعتی پشتیبانی می کند. این امکان ادغام سریع با سیستم‌هایی مانند اینترنت صنعتی اشیاء (IIoT) و دروازه‌های هوشمند را فراهم می‌کند و آپلود بلادرنگ داده و دریافت فرمان را در لبه تسهیل می‌کند. این رابط‌های جانبی گسترده به STM32V873RJ اجازه می‌دهد تا به طور انعطاف‌پذیر با طیف گسترده‌ای از سناریوها - از جمله اتوماسیون صنعتی، نظارت هوشمند و کنترل روباتیک - سازگار شود و در نتیجه پیچیدگی طراحی سیستم را کاهش دهد.

II. قابلیت های Core Edge AI: یک راه حل محاسباتی متناسب با هوش لبه

ویژگی برجسته ازSTM32V873RJدر توانایی پردازش هوش مصنوعی لبه قدرتمند آن نهفته است. از طریق بهینه‌سازی هم‌افزایی شتاب سخت‌افزاری و اکوسیستم نرم‌افزاری، استنتاج هوش مصنوعی را قادر می‌سازد تا به طور کارآمد و با مصرف انرژی کم در لبه اجرا شود، اتکا به قدرت محاسبات ابری را حذف کرده و هوش لبه‌ای را که با «ادراک محلی، تصمیم‌گیری محلی و اجرای محلی» مشخص می‌شود، درک می‌کند.

1. شتاب هوش مصنوعی در سطح سخت افزار: شتاب دهنده عصبی-ART استنتاج کارآمد را امکان پذیر می کند

راSTM32V873RJشتاب دهنده شبکه عصبی Neural-ART اختصاصی STMicroelectronics را ادغام می کند و حداکثر 600 GOPS قدرت محاسباتی برای ارائه شتاب در سطح سخت افزار برای استنتاج هوش مصنوعی لبه ارائه می دهد. این شتاب‌دهنده برای مدل‌های شبکه عصبی اصلی (مانند CNN، MLP و RNN) عمیقاً بهینه‌سازی شده است، که عملیات استنتاج سریع رو به جلو را امکان‌پذیر می‌کند و تأخیر استنتاج را به‌طور قابل‌توجهی کاهش می‌دهد. به عنوان مثال، در برنامه های بینایی کامپیوتری، STM32V873RJ، مجهز به شتاب دهنده Neural-ART، می تواند تشخیص و طبقه بندی تصویر را در زمان واقعی در فرکانس 800 مگاهرتز انجام دهد و سرعت استنتاج ده ها برابر سریعتر از پردازش نرم افزار خالص را به دست آورد.

علاوه بر این، شتاب‌دهنده Neural-ART از فناوری کوانتیزه‌سازی مدل پشتیبانی می‌کند و امکان کمی‌سازی مدل‌های ممیز شناور 32 بیتی را به مدل‌های عدد صحیح 8 بیتی فراهم می‌کند. در حالی که اطمینان حاصل می شود که دقت استنتاج عملاً تحت تأثیر قرار نمی گیرد، این به طور قابل توجهی منابع حافظه و زمان محاسبات مورد نیاز مدل را کاهش می دهد و آن را برای منابع سخت افزاری محدود موجود در لبه مناسب می کند. علاوه بر این، شتاب دهنده از پردازش موازی چند وظیفه ای پشتیبانی می کند و اجرای همزمان چندین مدل هوش مصنوعی را قادر می سازد تا نیازهای پردازش هوشمند چند وظیفه ای را در سناریوهای پیچیده، مانند تشخیص همزمان خطا و نظارت بر وضعیت تجهیزات صنعتی، برآورده کند.

2. فناوری بردار هلیوم: افزایش قابلیت های محاسباتی هوش مصنوعی سبک وزن

فناوری پردازش بردار هلیوم که در هسته Cortex-M85 ادغام شده است، باعث افزایش بیشتر آن می شودSTM32V873RJقابلیت های محاسباتی با هوش مصنوعی لبه. فناوری هلیوم از عملیات برداری 128 بیتی پشتیبانی می کند و پردازش موازی مجموعه داده های متعدد را به طور همزمان امکان پذیر می کند. به ویژه برای عملیات استنتاج برای مدل های سبک هوش مصنوعی، مانند استخراج ویژگی از داده های حسگر، تشخیص گفتار و تشخیص حرکت مناسب است. در مقایسه با عملیات اسکالر سنتی، عملیات برداری می تواند کارایی محاسباتی را چندین برابر افزایش دهد وSTM32V873RJبرای تکمیل کارآمد وظایف هوش مصنوعی سبک وزن و در عین حال متعادل کردن مصرف انرژی و عملکرد، حتی بدون شتاب دهنده اختصاصی.

به عنوان مثال، در گره‌های حسگر هوشمند، STM32V873RJ می‌تواند از فناوری هلیوم برای استخراج و تجزیه و تحلیل ویژگی‌های بلادرنگ بر روی داده‌های جمع‌آوری‌شده از شتاب‌سنج‌ها و حسگرهای دما و رطوبت استفاده کند، و به سرعت داده‌های غیرعادی را شناسایی کرده و آلارم‌ها را ایجاد کند. از آنجایی که برای پردازش نیازی به آپلود داده ها در فضای ابری نیست، این امر به طور قابل توجهی مصرف برق ارتباطی و تأخیر را کاهش می دهد و در عین حال سرعت پاسخگویی دستگاه را بهبود می بخشد.

3. اکوسیستم نرم افزاری جامع: کاهش موانع توسعه هوش مصنوعی

برای فعال کردن توسعه دهندگان برای شروع سریع و استفاده کامل از آنSTM32V873RJSTMicroelectronics با قابلیت‌های پیشرفته هوش مصنوعی یک اکوسیستم نرم‌افزاری جامع ایجاد کرده است که ابزارهای توسعه و منابع الگوریتم زیادی را ارائه می‌کند. در این میان، زنجیره ابزار STM32Cube.AI به عنوان ابزار توسعه اصلی عمل می کند و از تبدیل و استقرار سریع مدل های هوش مصنوعی آموزش دیده با استفاده از چارچوب های جریان اصلی (مانند TensorFlow Lite و PyTorch) بر روی STM32V873RJ پشتیبانی می کند. این بهینه‌سازی، کمی‌سازی و انطباق مدل را خودکار می‌کند و نیاز توسعه‌دهندگان به داشتن دانش عمیق سخت‌افزار سطح پایین را از بین می‌برد و به طور قابل‌توجهی مانع ورود برای توسعه برنامه کاربردی هوش مصنوعی لبه را کاهش می‌دهد.

علاوه بر این، STMicroelectronics تعداد زیادی نمونه مرجع و کتابخانه های الگوریتم هوش مصنوعی را ارائه می دهد که زمینه های متعددی از جمله بینایی کامپیوتر، تشخیص گفتار و نگهداری پیش بینی صنعتی را پوشش می دهد. توسعه دهندگان می توانند به سرعت نمونه های اولیه برنامه را بر اساس این مثال های مرجع بسازند و در نتیجه چرخه توسعه را کوتاه کنند. در عین حال، اکوسیستم STM32Cube از RTOS (سیستم عامل بی‌درنگ) پشتیبانی می‌کند، که برنامه‌ریزی هماهنگ وظایف هوش مصنوعی را در کنار سایر وظایف بلادرنگ ممکن می‌سازد، در نتیجه عملکرد و قابلیت اطمینان دستگاه‌های هوشمند لبه را تضمین می‌کند.

III. مزایای کلیدی و سناریوهای کاربردی

1. مزایای کلیدی: عملکرد بالا، مصرف برق کم، قابلیت اطمینان بالا، سهولت توسعه

به طور کلی، مزایای کلیدی ازSTM32V873RJمیکروکنترلر را می توان در چهار نکته خلاصه کرد: اول، کارایی بالا، با هسته 800 مگاهرتزی Cortex-M85 جفت شده با شتاب دهنده Neural-ART، که قادر به برآورده کردن نیازهای محاسبات پیچیده هوش مصنوعی و پردازش بیدرنگ داده در لبه است. دوم، مصرف انرژی کم: فرآیند 18 نانومتری FD-SOI و فناوری PCM به طور قابل توجهی مصرف انرژی عملیاتی تراشه را کاهش می‌دهد و آن را برای برنامه‌های کاربردی با باتری مناسب می‌سازد. ثالثاً، قابلیت اطمینان بالا: فناوری امنیتی در سطح سخت‌افزار، همراه با مقاومت در برابر تشعشع و تحمل دماهای بالا و پایین، نیازهای محیط‌های سخت مانند کاربردهای صنعتی و هوافضا را برآورده می‌کند. و چهارم، سهولت توسعه: اکوسیستم نرم افزاری جامع STM32Cube و ابزارهای توسعه هوش مصنوعی، پیچیدگی توسعه برنامه های کاربردی هوش مصنوعی لبه را کاهش می دهد و کارایی توسعه را افزایش می دهد.

2. سناریوهای کاربردی اصلی

با تشکر از مزایای فوق،STM32V873RJمیکروکنترلر را می توان به طور گسترده در سناریوهای مختلف هوش لبه، در بخش های مختلف از جمله صنعت، اینترنت اشیا (IoT)، روباتیک و هوافضا استفاده کرد.

در زمینه اتوماسیون صنعتی می توان از آن در سناریوهایی مانند سنسورهای هوشمند، ربات های صنعتی و نگهداری پیش بینی کننده تجهیزات استفاده کرد. از طریق هوش مصنوعی لبه، نظارت بر زمان واقعی وضعیت عملکرد تجهیزات، هشدار اولیه خطا و کنترل دقیق را امکان پذیر می کند، در نتیجه سطح هوشمندی و کارایی تولید را در تولید صنعتی افزایش می دهد. در زمینه IoT هوشمند، می تواند به عنوان دروازه هوشمند یا گره محاسباتی لبه ای عمل کند، پردازش محلی و تجزیه و تحلیل هوشمند داده های دستگاه اینترنت اشیا را امکان پذیر می کند، بار انتقال داده ها را به ابر کاهش می دهد و زمان پاسخگویی سیستم را بهبود می بخشد. در زمینه رباتیک، می‌توان از آن در ماژول‌هایی مانند ناوبری بصری، کنترل حرکت و ادراک محیطی استفاده کرد و به روبات‌ها قابلیت استنتاج هوش مصنوعی در زمان واقعی برای فعال کردن ناوبری مستقل و تعامل هوشمند ارائه کرد. علاوه بر این، این تراشه در ریز لیزرهای شبکه ماهواره ای استارلینک اسپیس ایکس به کار گرفته شده است، جایی که قابلیت اطمینان بالا و مقاومت در برابر تشعشع آن را برای سناریوهای کاربردی سخت بخش هوافضا مناسب می کند.

IV. خلاصه

به عنوان محصولی با کارایی بالا با هسته ARM Cortex-M85 با فرکانس 800 مگاهرتز، STSTM32V873RJمیکروکنترلر از طریق فرآیندهای ساخت پیشرفته، پیکربندی سخت افزاری قوی و یک اکوسیستم نرم افزاری جامع، ارتقای جامعی در قابلیت های هوش مصنوعی لبه ارائه می دهد. این نه تنها محدودیت های عملکرد میکروکنترلرهای سنتی را در سناریوهای محاسباتی هوش مصنوعی می شکند، بلکه با مصرف انرژی کم و قابلیت اطمینان بالا، نیازهای دستگاه های مختلف هوشمند لبه را برآورده می کند. با ادغام عمیق فناوری‌های محاسبات لبه و هوش مصنوعی،STM32V873RJآماده تبدیل شدن به یک تراشه کنترل اصلی در زمینه هایی مانند اتوماسیون صنعتی، اینترنت اشیا هوشمند و روباتیک است. این پشتیبانی سخت افزاری قوی را برای اجرای برنامه های کاربردی هوشمند لبه ارائه می دهد و توسعه پایدار صنعت هوش تعبیه شده را هدایت می کند. در آینده، STMicroelectronics به بهینه‌سازی عملکرد محصول و اکوسیستم نرم‌افزاری ادامه می‌دهد و مرزهای برنامه‌های کاربردی هوش مصنوعی لبه را بیشتر می‌کند و راه‌حل‌های هوشمند جاسازی‌شده کارآمدتر و راحت‌تری را برای توسعه‌دهندگان ایجاد می‌کند.