當提及在線存儲或數據傳輸時，你一定會聯想到“云計算”這個詞。然而“邊緣計算”卻顯有人知，它究竟是什么呢？英飛凌可為各種應用中的邊緣設備提供傳感器和執行器。

何為邊緣計算？

在計算中，“邊緣”指技術信息網絡的外部邊緣，這里是計算機網絡的虛擬世界與現實世界交匯的地方。在大多數情況下，“邊緣”一詞意味著所使用的網絡為互聯網。

邊緣計算與云計算之間的聯系

“邊緣計算”與“云計算”有著密不可分的聯系。“云”描述的是通過互聯網分散在全球各地的所有中央計算單元。這些計算單元（也稱之為“服務器”）不直接與現實世界交互，而是通過網絡彼此相連，同時還與邊緣的設備（也稱之為“邊緣設備”）相連。

服務器有序地分布在計算機場中，服務器與邊緣設備之間通常沒有任何固定的分配。計算能力是由無名的服務器組成的朦朧云朵提供的，這就是所謂的“云計算”。然而，數據處理也可以在邊緣設備中進行，這又被稱為“邊緣計算”。

“邊緣”和“云”之間的過渡呈流動狀態。也可在邊緣附近獲取額外的計算能力，而無需與傳感器或執行器直接相連。這種類型的數據處理通常也被稱為“霧計算”。

邊緣設備可以使用哪些傳感器和執行器？

針對不同應用，邊緣設備可以配備各種不同的傳感器和執行器：

麥克風，用于識別字詞和語音，及定位并識別揚聲器和聲音。前往產品頁面：MEMS麥克風

光學攝像頭，用于定位并識別人和物體

雷達，用于捕獲距離和速度，進行物體和手勢分類。前往產品頁面：雷達傳感器

飛行時間，用于物體的3D捕獲和人的驗證。前往產品頁面：ToF（飛行時間）

照明和接近傳感器

霍爾傳感器，用于捕獲磁場和電流

運動傳感器，用于捕獲加速度、速度和位置

氣壓傳感器，用于天氣預報、海拔測量。前往產品頁面：壓力傳感器

物理/化學傳感器，用于確定液體和氣體的組成成分

邊緣計算的工作原理

傳感器和執行器都位于“邊緣”。傳感器負責收集現實世界的信息，而執行器負責操縱。模擬測量數據在邊緣處被轉換成數字參數，數控變量再被轉換成模擬輸出信號。

邊緣計算意味著，捕獲的數據不是先被發送給服務器進行集中處理，而是當場進行處理。例如，微處理器可直接通過測量數據推斷出要執行的動作，然后激活執行器。

執行器的示例

溫度傳感器記錄室溫，然后根據控制算法和所需的溫度，決定打開或關閉供暖系統。

角度或距離傳感器記錄位置，并在需要時啟動電機。

何為“嵌入式系統”？

“嵌入式系統”通常是由傳感器、執行器、模擬/數字轉換器及處理器組成的集成系統。作為一種邊緣設備，嵌入式系統還具有連接云端的通信或網絡接口。它被用于將捕獲的或本地預處理的數據發送至中央服務器，或用于接收命令和組態數據。

通過人工智能（AI）實現的新應用

隨著人工智能（ AI）和神經網絡的應用日益廣泛，“邊緣計算”這個詞在過去幾年里已經穩固了自己的地位。

得益于云端具備廣泛的數據計算能力，人工智能和機器學習領域取得了巨大進步。云端如今具備的幾乎無限度的數據處理能力，可以用于發展出更加綜合性的人工神經網絡，以解決富于挑戰性的任務。機器教學算法在許多領域都取得了突破。這些領域包括：

·???????? 自然語言的識別和處理

·???????? 文本識別和文本生成

·???????? 利用成像傳感器對目標進行分類和跟蹤

·???????? 通過大數據記錄識別模式并預測趨勢

·???????? 基于生物特征的個人身份驗證

人工神經網絡由若干層人工神經元組成。這些神經元通過突觸相互連接。它們被分成輸入層、隱藏層和輸出層。人工神經元通常以非常抽象的方式表現生物神經元的行為。如果突觸上的加權興奮和累計興奮超出一定的閾值，神經元就會向下一層神經元發出興奮。當神經網絡經過訓練后，突觸權值即可通過大量的訓練數據及學習算法被逐步確定。

人工神經網絡可以有數百萬個神經元和數十億個突觸。即使是用高性能服務器，針對特定任務而進行的訓練也非常耗時，可能需要幾天甚至幾周時間。乍聽起來，只通過云來實現人工智能（AI）似乎是顯而易見的事。

然而，就單純的執行或推理而言，經過訓練的神經網絡需要的計算能力遠小于訓練本身。這一事實，加上現代的硬件友好型網絡架構和工具能將這些網絡高效復制到嵌入式系統上，意味著許多人工智能（AI）應用也可直接在邊緣處進行。

邊緣設備的安全

數據安全是邊緣計算的一項重要內容。只有特定的數據可以離開系統，而其他數據必須留在邊緣設備中。為了確保這一點，必須持續檢查邊緣設備的完整性。特別是要持續進行監測，以檢查它的系統軟件是否被操縱。必須核查計劃的系統軟件更新的原創性。

為了與云端建立通信，邊緣設備必須首先檢查服務器和/或數據服務的真實性，然后再加密并發送數據。目前，這是利用非對稱加密方法，在公鑰基礎設施的支持下進行的。

為了達到這個目的，打造基于硬件的安全性至關重要，因為它不像軟件那樣容易被操縱。英飛凌可提供專為邊緣設備設計的“嵌入式可信任平臺模塊”。它們可以用來確保系統的完整性，檢驗通訊伙伴的真實性，并完成數據的安全加密。

英飛凌和邊緣計算

許多邊緣設備都在使用英飛凌的傳感器、單片機、安全解決方案和電力電子器件。除了半導體元件和微型機械傳感器，這家高科技公司還與中小企業合作伙伴攜手，為邊緣計算領域提供完整的子系統和設備。

示例：創新的報警系統

英飛凌創新的報警系統最能說明邊緣計算解決方案如何能夠完善現有的智能家居系統。雖然現有報警系統中的麥克風可以檢測到有人企圖闖入家中時的玻璃破碎情況，但英飛凌提出的概念（已經注冊專利）是用神經網絡來綜合評估聲音和壓力信息。

這能最大限度減少誤報數目，并顯著提高系統的可靠性。新報警系統的另一個特點是實現方式靈活：這款英飛凌解決方案很容易集成到現有的玻璃破碎檢測系統中。

總結

邊緣計算正影響著我們生活的方方面面。傳感器、執行器和相關的電力電子器件是邊緣設備的接口，因此也是整個網絡連接現實世界的接口。通過邊緣計算，數據可在本地進行處理，并且只在絕對必要時才傳送到云端進行處理。對于是應在邊緣還是云端處理數據，最終還是取決于所需的計算能力、能源效率、延時，以及安全需求和個人隱私。這兩種解決方案相得益彰。基于人工神經網絡的算法不僅能支持云計算，還可在本地作出明智的決策，并實現新的、革命性的應用。它的輝煌局面才剛剛打開。

審核編輯：郭婷