電子設(shè)計(jì)行業(yè)正在發(fā)生相當(dāng)大的變化，這主要是由于傳感器的激增以及生成和收集更多信息的需求。這導(dǎo)致?lián)碛懈鄠鞲衅?，并且這些傳感器中的大多數(shù)都更小且易于部署。而且它們沒(méi)有電線。換句話說(shuō)，這些傳感器采用無(wú)線傳輸并且由電池供電。

截至目前，傳感器收集的大量數(shù)據(jù)已在本地?cái)?shù)字化并發(fā)送到云端進(jìn)行處理。然而，隨著數(shù)據(jù)量和傳感器數(shù)量的不斷增長(zhǎng)，工程師勢(shì)必會(huì)考慮與傳感器數(shù)據(jù)相關(guān)的能源方面。有許多應(yīng)用程序始終處于感應(yīng)狀態(tài)，這需要經(jīng)常更換電池。例如，當(dāng)有人說(shuō)話或出現(xiàn)安全違規(guī)行為（如碎玻璃或機(jī)器開(kāi)始故障）時(shí)。

Aspinity 是一家總部位于匹茲堡的新貴，其根源在于西弗吉尼亞大學(xué)進(jìn)行的神經(jīng)形態(tài)計(jì)算工作，它聲稱(chēng)有一個(gè)解決方案旨在解決電池供電設(shè)備的這個(gè)問(wèn)題。該公司的聯(lián)合創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官 Tom Doyle 最近與Planet Analog進(jìn)行了交談，以解釋這種采用模擬信號(hào)處理的基于推理的解決方案的細(xì)節(jié)。

Aspinity 是一家半導(dǎo)體公司，提供芯片以及與模擬機(jī)器學(xué)習(xí) （ML） 模型和固件一起使用的軟件?！霸谀承┣闆r下，我們還進(jìn)行模擬壓縮，”Doyle 說(shuō)?！斑@一切都是為了在現(xiàn)有芯片中輕松集成，讓算法更節(jié)能?！?Aspinity 的硅合作伙伴包括英飛凌和意法半導(dǎo)體。

圖 1比較突出了以數(shù)字和模擬為中心的傳感器數(shù)據(jù)處理之間的差異。資料來(lái)源：Aspinity

英飛凌現(xiàn)在擁有賽普拉斯半導(dǎo)體的微控制器，并且在傳感器領(lǐng)域也非常強(qiáng)大，它正在與 Aspinity 在這兩個(gè)方面建立合作伙伴關(guān)系。Doyle 說(shuō)：“我們與傳感器一起工作，以便在很早的時(shí)候以低功耗引入數(shù)據(jù)?！?“然后，當(dāng)有價(jià)值的數(shù)據(jù)存在時(shí)，我們讓 PSoC 微控制器喚醒并進(jìn)行進(jìn)一步處理，以便它們將相關(guān)信息傳送到云端?！?/p>

STMicro 還提供低功耗 MCU，但對(duì)于電池供電設(shè)備來(lái)說(shuō)，它們的功耗不夠低。“所以，我們?cè)?MCU 的前端，讓它知道相關(guān)數(shù)據(jù)何時(shí)存在，”Doyle 說(shuō)?！斑@就是我們?nèi)绾慰创覀兊募夹g(shù)集成到現(xiàn)有芯片并支持新產(chǎn)品的方式。”

在這里，Aspinity 的技術(shù)允許 MCU 和模數(shù)轉(zhuǎn)換器 （ADC） 保持在睡眠模式，直到相關(guān)數(shù)據(jù)可用。例如，當(dāng)有喚醒詞觸發(fā)或警報(bào)響起時(shí)。重要的是要注意這些事情是偶爾發(fā)生的，有時(shí)它們永遠(yuǎn)不會(huì)發(fā)生。因此，Doyle 補(bǔ)充說(shuō)，為什么要使用當(dāng)前將所有數(shù)據(jù)數(shù)字化的范例。

模擬機(jī)器學(xué)習(xí)解決方案

Aspinity 推理解決方案中的底層技術(shù)——可重構(gòu)模擬模塊化處理器 （RAMP） ——是一個(gè)受神經(jīng)啟發(fā)的處理平臺(tái)。例如，Aspinity 可以構(gòu)建一種算法來(lái)與麥克風(fēng)聲音交互以執(zhí)行推理。接下來(lái)，構(gòu)建 ML 階段并將其轉(zhuǎn)換為模擬神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) （NN） 階段。這將做出決定并喚醒系統(tǒng)。它將決定是否是演講；如果有玻璃破裂；以及機(jī)器是否存在振動(dòng)問(wèn)題。

為了推動(dòng) ML 功能和繁重的工作負(fù)載，Aspinity 的解決方案著眼于模擬域并確定它可以為推理和決策做些什么。當(dāng)您查看神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)時(shí)，它是一系列乘法累加函數(shù)。在這里，正如 Doyle 所指出的，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是非線性模擬的主要例子。它可以有很多不同的方式。因此，計(jì)算可以在具有特定 IP 和專(zhuān)有技術(shù)的模擬電路中完成?！俺朔ɡ奂涌梢允褂煤?jiǎn)單的模擬晶體管來(lái)實(shí)現(xiàn)，”Doyle 說(shuō)。“它不一定是門(mén)?！?/p>

圖 2使用模擬內(nèi)存計(jì)算進(jìn)行推理（頂部）需要模擬和數(shù)字處理，而模擬ML 內(nèi)核中的推理（底部）僅使用模擬處理。資料來(lái)源：Aspinity

通過(guò)將 ML 工作負(fù)載從數(shù)字轉(zhuǎn)移到模擬并使其更靠近傳感器，工程師可以更有效地處理傳感器數(shù)據(jù)泛濫。他們可以使用固態(tài)電子設(shè)備將 ML 工作負(fù)載轉(zhuǎn)移到盡可能早的實(shí)例，以了解數(shù)據(jù)何時(shí)相關(guān)。換句話說(shuō)，他們可以將工作負(fù)載移動(dòng)到盡可能靠近傳感器的位置，并挑選相關(guān)的模擬數(shù)據(jù)。這是模擬在迅速興起的機(jī)器學(xué)習(xí)世界中發(fā)揮作用的場(chǎng)所。

Aspinity 的技術(shù)通過(guò) IP 保護(hù)，正在將 ML 工作負(fù)載從數(shù)字域轉(zhuǎn)移到模擬域?！斑@樣做效率更高，因?yàn)閭鞲衅鲾?shù)據(jù)本質(zhì)上是模擬的，”Doyle 說(shuō)?！叭绻覀兡軌蛱魬?zhàn)獲取數(shù)據(jù)并將其數(shù)字化并查看數(shù)據(jù)以確定其是否相關(guān)的概念，則可以節(jié)省大量能源?！?/p>

Aspinity 努力在信號(hào)鏈中更早地移動(dòng) ML 工作負(fù)載，而在模擬領(lǐng)域執(zhí)行此操作本質(zhì)上是低功耗的。它還刪除了下游組件。通過(guò)在模擬域中進(jìn)行推理，這成為可能。所以，是的，模擬在快速發(fā)展的機(jī)器學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)世界中占有一席之地。