情景感知:边缘AI的下一个前沿,让房屋入住智能监测、预测性维护等应用场景变为现实

Stéphane Henry，意法半导体边缘AI解决方案副总裁

人工智能（AI）正成为一股变革性力量，深刻塑造着我们的日常生活。从实时监测健康状况的可穿戴设备，到优化行车安全的自动驾驶，人工智能正在彻底改变着我们与世界互动的方式。智能工业设备可以自主制定维护检修计划。随着设备线上线下无缝运行，线上线下的界限正日益模糊。这样的未来并非远在天边，而是已然到来。

这场变革的核心是边缘人工智能。通过将人工智能部署在数据源头附近，边缘人工智能可以降低模型对云端处理的依赖。随着全球面临数据指数级增长、用电量飙升和可持续发展等多重挑战，人工智能从云端下移到边缘端变得至关重要。

半导体技术在AI驱动的世界中扮演的角色

半导体是人工智能变革背后默默无闻的英雄，芯片和传感器赋予云数据中心或嵌入式设备人工智能功能。尽管人们专注于那些支撑生成式AI技术的CPU、GPU和内存架构，但在开发高性能、可持续化智能互联解决方案中，内置神经处理单元（NPU）的高能效微控制器（MCU）和智能传感器发挥着举足轻重的作用。

边缘AI的发展速度非常快。根据国际数据公司IDC的2026年预测，到2030年，50%的企业AI推理任务将从云端处理下移到网端设备或边缘节点本地处理。边缘人工智能正在拉动经济大规模增长：据大观研究（Grand View Research）预测，在对低延迟、隐私保护和高能效处理的核心需求驱动下，全球边缘AI市场规模将从2025年的250亿美元，飙升至2033年的1180亿美元以上。

边缘AI为何重要

全球数据呈现爆炸式增长，增速惊人。据德国统计公司Statista预测，全球产生、消耗与存储的数据总量将从2024年的149 ZB增至2028年的394 ZB。将数据传输到云端数据中心集中处理，不仅效率低下，还会加重环境负担。例如，向大语言模型（LLM）聊天机器人发起单次查询所消耗的电能，高达传统网页搜索的十倍。

边缘AI是一种在数据源本地处理数据的人工智能解决方案。边缘AI的优点是能够降低响应延迟，减少数据泄露机会，因此，信息隐私性更强，并赋予用户个人信息控制权，同时还能最大限度降低能耗。边缘AI促成了分布式人工智能策略，即在云端和边缘之间智能分配推理任务，以优化成本和功耗，最终提高系统的整体性能。

智能传感器：在数据源头部署AI

在传感器上直接集成人工智能是边缘人工智能技术取得的令人振奋的进步，把数据移到智能传感器本地处理，既可以实现实时决策，又能降低能耗。机器学习核心（MLC）这类硬件处理引擎就是一个具有代表性的边缘AI实例，能够高效检测事件，同时功耗非常低。

此外，IMC（in-memory computing）等创新技术正在不断拓展边缘设备的能力极限。通过在同一存储单元内融合存储与算力，可大幅降低能耗，并提升处理速度。从可穿戴设备中的运动传感器，到相机里的图像传感器，这些创新技术正深刻改变着各类传感器，使其智能更高，性能更加强大。

情景感知：下一个前沿

情景感知通常是全天24小时持续运转，使用传统的云计算方法来连续感知情景是不符合可持续发展原则的，即使在边缘设备上本地执行情景感知仍然极具挑战性。在情景感知应用中，边缘人工智能表现出色，实现了房屋入住智能监测、汽车驾驶监测、预测性维护，甚至还把农业病虫害检测等曾经无法实现的应用场景变为了现实，同时，边缘人工智能还是一种更可持续化的解决方案。

总的来说，AI的情景感知能力正在变得更强，这意味着它能更好地理解所处环境，并对环境变化做出快速响应，这是因为边缘人工智能使用先进的AI算法在本地处理数据，包括摄像头、运动检测器、温度传感器在内的各种传感器的数据。

例如，配备边缘AI的人形机器人本身就能进行感知和推理，自动适应周围环境的变化。有了情景感知能力后，机器人可以动态调整自己的行为，例如，绕过障碍物、响应用户的情绪状态，或根据社交情景改变言语和手势。结合大语言模型和永久性数据库，这些系统还能逐渐自主学习、推理和决策。

做出这些自主决策要求情景感知连续运行，通常是全天24小时感知周围环境。使用传统的云端算力连续执行情景感知的方法不符合可持续发展原则，即使在边缘设备上本地处理情景感知仍然极具挑战性。边缘AI在这一领域表现出色，它实现了曾经无法实现的应用场景，同时还是一种更可持续化的解决方案。

展望未来，情景感知将使AI系统能够在不同设备间无缝迁移知识，创造一个更智能、更互联的世界。

为AI塑造一个可持续化未来

随着人工智能技术与工具的不断发展，可持续发展依然全球议程的一个重要议题。半导体行业率先发力，为市场开发高能效的云计算和边缘计算解决方案。先进制造工艺让芯片具有前所未有的性能，同时，还能降低电压和漏电流，从而降低功耗。

智能传感器、存内计算和边缘人工智能工具的创新发展，不仅让AI变得更高效，还赋能设计者开发更智能、更可持续化的产品，弥合低功耗嵌入式设备与高性能云系统之间的空白。

除硬件进步外，软件与开发工具生态系统也取得了巨大发展。在嵌入式人工智能实际落地中，生态系统起到了非常关键的作用。开发者可以利用生态系统内的工具大幅优化模型规模，过去，只有服务器的算力才能支撑复杂神经网络模型的运行，今天，资源有限的嵌入式设备也能运行神经网络模型。量化、剪枝等技术手段可以降低模型的内存占用率与算力需求。

此外，人工智能开发的便利性也得到大幅改善。今天的高级开发工具包可自动执行复杂的优化任务，让更多开发者能够训练并部署高效模型。为完善生态系统，半导体厂商提供模型转化专用软件，将模型转换为可在目标硬件上高效运行的代码。软件与芯片的深度融合，是智能嵌入式设备创新的主要驱动力。

结论

边缘人工智能的发展正在为更智能、更互联、更可持续的未来铺平道路。通过将智能部署在更靠近数据源的地方，边缘人工智能正在重塑各行各业，加强隐私保护，并降低能源消耗。

随着情境感知与生成式人工智能的不断发展，未来充满无限可能。从智能传感器到存内计算，推动这场变革的各项技术正在塑造一个全新的人工智能世界，赋予人工智能自主适应、自主学习、自主发展的能力，通过以更可持续的方式更高效地利用资源，把我们的生活变得更加美好。

边缘AI不仅仅是技术发展历程中的一座里程碑，还是一个描绘更智能、更可持续未来的愿景。

行业观察

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