隨著全球人口的不斷攀升，人們的需求也在上升；而另一方面，全球氣候變化也在逐步惡化；這也就意味著，我們面臨著兩難的境地，既要在滿足不斷攀升的新需求的同時，還要提高生產效率，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

而看制造業(yè)，雖然貢獻了全球GDP的18%（2021年），但是卻消耗了總能源的38%。因此對于制造業(yè)的智能化升級迫在眉睫。

所幸的是，除了傳統(tǒng)的硬科技的一步步升級外，我們還將迎來AI帶來的生產力飛躍。AI正在各種邊緣端側進行落地，其中也包括智能工廠。如何在保證信息安全的前提下，將AI能力融入智能工廠中，并與傳感、計算、連接和驅動等能力一起構成一個智慧工業(yè)解決平臺，是NXP近年來重點布局的方向。

在近日，智浦安全連接邊緣事業(yè)部副總裁、工業(yè)邊緣處理總經理Jeff Steinheider先生，就“智慧工業(yè)”主題進行了分享。

智能工廠挑戰(zhàn)重重，AI如何賦能？

智能工廠的真正推動力來自工業(yè)4.0/工業(yè)物聯(lián)網，其核心是將真實物理的工廠數據連接到云端，并在云上構建數字孿生模型，實現(xiàn)真實的工廠的生產效率提升。而在近年來，為了實現(xiàn)整個處理的高效性實時性，越來越多的原本需要在云端處理的任務，在端側就可以直接進行處理，實現(xiàn)更低的延遲、并保護數據安全。

提高工廠的靈活性，能夠針對客戶要求的確切數量進行更低的延遲和更及時的響應，是減少工廠能源浪費的有效途徑。而要構建這種靈活自動化的智慧工廠，需要多種芯片產品的能力支持。例如在感知層面，模擬前端（AFE）可以捕獲真實物理模擬數據；在計算層面，需要更高算力的MCU/MPU進行算法運算；在連接層面，TSN（時間敏感網絡）能夠提高工業(yè)設備之間的實時性；在驅動層面，一切工業(yè)設備的動作都離不開電機的參與；而這一切，都要支持更高的功能安全等級，在信息安全的范圍內進行。

此外，對于AI能力在端側的運用，還將進一步提升智能工廠的生產效率。據Jeff介紹，AI在智慧工廠中有多個應用場景。一是主要在機器視覺層面，可以通過機器視覺去觀察不同的產品，是否被正確放置在精準的位置上；晶圓生產線上都進行了很好的包裝、封裝和歸類。二是對于模擬信號的檢測上，通過對于溫度、電壓、電流、震動等模擬信號的收集，捕獲和分析其數據中的微小異常通過機器學習來預測是否要進行維護或停機風險。三是在生產線的工人安全性保護方面，通過機器學習和機器視覺的能力提前檢測出會對工人產生傷害的不正當操作，來保護工人的人身安全。

智慧工廠的平臺級解決方案

為了推動智能工廠應用發(fā)展，構建靈活自動化生產，NXP將眾多技術能力引入到了智能工廠中。包括異構計算的能力，將實時網絡與異構計算集成，神經網絡集成，可重配置的模擬前端，安全芯片能力等。

i.MX RT 1180：跨界MCU新秀

首先值得關注的產品是i.MX RT 1180，這是NXP的跨界MCU產品線的新秀，也是其今年在工業(yè)領域主推的產品型號。

i.MX RT 1180在硬件方面有兩大特色，一是采用了異構雙核的設計，Arm Cortex-M7內核可以用于實時控制，Arm Cortex-M33的內核可以用于網絡配置和管理。二是支持每秒千兆以太網交換機功能，能夠支持包括TSN在內的多種工業(yè)網絡協(xié)議，例如EtherCAT、PROFINET、Ethernet/IP和CC-Link，因此該產品可以作為工廠網絡的一部分進行互連。另外，該產品內部還集成了EdgeLock安全島區(qū)域，可用于驗證通過工業(yè)協(xié)議傳輸的所有數據包。

據Jeff介紹，i.MX RT 1180支持多種工業(yè)應用場景，其中典型應用包含五大類。一是工業(yè)網關中，RT1180可以收集數據并作為網關把數據傳輸到云端去做處理。第二個應用是遠程I/O，基于恩智浦AFE的系統(tǒng)解決方案，到模擬前端進行數據的統(tǒng)一匯總和處理。第三個應用是交流（AC）/伺服驅動，廣泛地應用在工業(yè)自動化里面的典型場景。第四個應用是IO-LINK輸入輸出鏈路，支持四通道IO-Link 主站的應用場景。最后的應用是可以通過RT1180跨界處理器和應用的處理器去做連接，變成網絡伴生。

MCX：將NPU集成進MCU

另一個值得關注的產品是MCX，其中MCX N系列是NXP首個集成了NPU的MCU系列。該NPU被命名為eIQ Neutron 神經處理單元，可為機器學習提供極其高效的處理，并可提供加速功能，使其在執(zhí)行機器學習工作負載時比通用處理器的效率高出5到30倍。例如基于視覺、語音或異常檢測的場景都可以通過NPU來處理。

而對于MCU應用者而言，并不擅長于AI算法的知識，因此只是集成一個NPU進去是不夠的，更重要的是打通整個從算法到硬件開發(fā)的鏈條，將AI能力真正部署到端側。據Jeff介紹，NXP提供了與硬件配合緊密的eIQ工具。eIQ工具從數據標記與管理的階段開始，涵蓋客戶整個工作流程中。一旦數據庫被建立并被標注之后，所有的機器學習開發(fā)者就可以在他們想要達到的特定目標中應用模型。eIQ工具套件使開發(fā)人員能夠圍繞恩智浦處理器產品組合中的任何設備，針對其目標平臺優(yōu)化這些模型。當模型最終在目標平臺運行時，eIQ同樣能幫助做更好的調試和優(yōu)化的工作，以使模型獲得最佳表現(xiàn)。

N-AFE：軟件可重構帶來更高靈活性

在感知層面，AFE是智慧工廠中必不可少的器件。而NXP帶來的N-AFE，是具備軟件可重配置功能，支持電流、電壓的不同范圍的調整，在同一芯片中支持多種不同的輸入。同時，該產品還能夠提供非常高的精度和快速采樣能力，任何細小的變化，都可以捕捉到，進行工廠吞吐量的異常檢測。此外，該產品還具備自校準的功能，無需進行現(xiàn)場校準，方便了客戶的現(xiàn)場部署。

據Jeff分享，智能工廠的整體策略首先考慮的是可擴展性，不是提供單一的或部分的器件，而是針對某一些應用和場景提供一個整體的解決方案。通過N-AFE的模擬前端收集到來自于模擬的各個數據，把這個數據統(tǒng)一納入到MCU進行處理和傳輸，從而給客戶端到端的解決方案。

安全：軟硬件結合

在安全層面，NXP提供了EdgeLock分立器件，還有MCU這種集成的EdgeLock安全區(qū)域。再到上層，提供了EdgeLock 2GO的服務，為客戶提供軟硬件結合的安全服務，幫助客戶在每個邊緣設備中構建可信的通信。

智慧工廠的工業(yè)平臺

將上述的所有特色產品，以及NXP的電源、驅動等產品結合在一起，就構成了為客戶打造優(yōu)化的針對智慧工廠的工業(yè)平臺。

據Jeff舉例分享，在一個典型的工業(yè)自動化平臺的方案中，使用模擬前端從工廠提取模擬輸入，由于軟件具有可編程性，因此可以靈活地接受多種不同的輸入，并且可以用于各種不同的應用程序。i.MX RT1180能讀取模擬前端的數據，利用EdgeLock安全島區(qū)域對通過工業(yè)網絡發(fā)送到工廠中其他設備的數據包進行快速身份驗證和簽名。借助i.MX RT1180的工業(yè)網絡功能，為工廠中使用數據運行操作的其他實體提供確定性的實時通信。恩智浦電源管理IC與處理器和外設緊密耦合，客戶能夠快速輕松地為其供電并縮短上市時間。

構建邊緣解決方案的所有基礎能力

“通過模擬產品組合來實現(xiàn)感知；用嵌入式處理器來實現(xiàn)更高程度的智能；將連接與對工業(yè)以太網的支持以及無線連接產品組合相結合；在協(xié)同工作中，通過電機控制和機器人控制應用程序來驅動和移動智能工廠內的設備?！盝eff分享到，“這一切都需要保證功能安全和信息安全，此外，所有的產品線都是可擴展的，讓客戶能夠在他們的特定應用中添加功能或降低功耗，并保證軟件解決方案可以在跨產品系列中運行?！?

這就是NXP擁有的邊緣解決方案的所有技術能力，也是構建邊緣解決方案所必備的所有基礎能力。