當(dāng)我們看到智能手表(如Apple Watch)、協(xié)作型電子白板(如Google Jamboard)或甚至是咖啡機(jī)等時(shí)下流行的連網(wǎng)設(shè)備，往往都會(huì)覺得這一定是“硅谷”這個(gè)高科技天堂中最優(yōu)秀、最聰明的人發(fā)明的。確實(shí)，許多有著知名品牌背書的產(chǎn)品都來(lái)自硅谷。

不過，再仔細(xì)想想。近來(lái)，這些產(chǎn)品的大多數(shù)底層軟件與硬件經(jīng)常都是來(lái)自其他地區(qū)的創(chuàng)新成果。

瑞士，就是一個(gè)最佳寫照；特別是瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院(école polytechnique fédérale de Lausanne；EPFL)。EPFL嵌入式系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室(Embedded Systems Laboratory)主任兼該校教授David Atienza最近接受了《EE Times》采訪，他告訴我們，從EPFL畢業(yè)的許多學(xué)生——目前任職于此處的新創(chuàng)公司，如今都是為連網(wǎng)設(shè)備開發(fā)軟件(或軟件與硬件)的幕后重要推手。雖然Atienza不愿透露他們的名字——無(wú)論是個(gè)人還是新創(chuàng)公司，但他解釋說，EPFL正迅速發(fā)展成為瑞士的創(chuàng)新中樞。

EPFL嵌入式系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室主任David Atienza

例如，當(dāng)我們?cè)谒霓k公室采訪期間，Atienza收到了一個(gè)小包裹。拆開禮盒一看，里面躺著一只卡地亞(Cartier)手表。但他隨手就將它送到實(shí)驗(yàn)室去進(jìn)行拆解，看來(lái)在這實(shí)驗(yàn)室中的學(xué)生經(jīng)常拆解一些奢華的手表，就像生物學(xué)家解剖青蛙一樣。

因此，當(dāng)萬(wàn)寶龍(Montblanc)、豪雅(Tag Heuer)或Cartier等奢華品牌打算為其傳統(tǒng)的鐘表設(shè)計(jì)結(jié)合先進(jìn)的穿戴式技術(shù)時(shí)，EPFL通常是他們的優(yōu)先選擇。

洛桑并不是硅谷。但是，EPFL及其創(chuàng)新園區(qū)(Innovation Park；由200多家公司組成)已經(jīng)聚集了多家企業(yè)合作伙伴——包括新創(chuàng)公司和大型企業(yè)，如思科(Cisco)、英特爾(Intel)、羅技(Logitech)和雀巢(Nestlé)等。他們都已經(jīng)在洛桑部署了設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)，就近利用EPFL的優(yōu)勢(shì)。

系統(tǒng)級(jí)研究

Atienza大力推動(dòng)系統(tǒng)級(jí)研究，并親身投入軟件與硬件的研究。Atienza曾經(jīng)在西班牙馬德里康普頓斯大學(xué)(Complutense University of Madrid；UCM)取得計(jì)算機(jī)科學(xué)碩士學(xué)位，隨后又經(jīng)由歐盟(EU)的Sklodowska-Curie杰出青年資助計(jì)劃，自IMEC與UCM取得計(jì)算機(jī)工程的雙聯(lián)博士學(xué)位。他深信硬件和軟件的協(xié)同設(shè)計(jì)，才是智能連網(wǎng)設(shè)備的未來(lái)潮流。

他在十年前加入ERFL，期望最終培養(yǎng)出精通軟件與硬件的學(xué)生，因此，在教授學(xué)生時(shí)并不只是著重于單獨(dú)的計(jì)算機(jī)科學(xué)或SoC設(shè)計(jì)。

這種所謂的“全能”(full-stack)教學(xué)途徑在10或12年前是相當(dāng)新鮮的，由于大多數(shù)的學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)都脫離不了傳統(tǒng)課程，因而對(duì)于Atienza的想法十分不以為然。然而，EPFL打算放手一搏。

在Atienza眼中的電子世界，現(xiàn)實(shí)的情況就是這樣的。過去幾十年來(lái)，芯片設(shè)計(jì)人員和軟件開發(fā)人員已經(jīng)習(xí)于埋首于自己的事情——他們彼此獨(dú)立——前面的人只專心做硬件，后面接手的人就專做軟件開發(fā)。Atienza認(rèn)為這使得兩個(gè)社群之間的差距越來(lái)越大，而且越來(lái)越脫鉤。

Atienza指出，即使時(shí)至今日，有些在傳統(tǒng)硬件公司和EDA領(lǐng)域工作的人仍然把“全能開發(fā)視為一種荒謬的想法”。

為什么力推“全能”？

隨著社群之間不斷分化，芯片設(shè)計(jì)人員開發(fā)的SoC將會(huì)缺乏軟件意識(shí)。同時(shí)，軟件設(shè)計(jì)也無(wú)法充份利用系統(tǒng)中的硬件功能。Atienza解釋說，由于你完全不知道其他社群正在開發(fā)什么，最終也只能開發(fā)出次優(yōu)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

然而，產(chǎn)業(yè)開始走向垂直整合。Atienza說：“蘋果公司(Apple)就是一個(gè)最佳的例子。Apple由于為其iPhone設(shè)計(jì)自家的應(yīng)用處理器，從而定位自家公司必須為其軟件與硬件實(shí)現(xiàn)優(yōu)化?！?/p>

“像Apple這樣的大公司，就能夠經(jīng)由采用自家硬件與流程，最終邁向全能開發(fā)?！钡?，Atienza指出，其他公司卻經(jīng)常忽略了這一點(diǎn)，因?yàn)樗麄兗葲]有自己的設(shè)計(jì)流程，也缺乏以“更通用方式”促進(jìn)硬件和軟件“協(xié)同設(shè)計(jì)”的EDA工具。

就在上個(gè)月，Atienza在意大利Fiuggi的第14屆國(guó)際先進(jìn)計(jì)算機(jī)架構(gòu)與高性能嵌入式系統(tǒng)編譯暑期學(xué)校(ACACES)教授課程。Atienza說：“在今年的ACACES上，我的教室里擠滿了人——超過200名博士生和專業(yè)人士，他們都在努力地學(xué)習(xí)如何為物聯(lián)網(wǎng)(IoT)系統(tǒng)打造完整的軟硬件(HW-SW)協(xié)同設(shè)計(jì)堆棧。”

他指出自己也曾經(jīng)是一名學(xué)生，參加了同一所暑期學(xué)校的第一屆課程，重點(diǎn)在于教授經(jīng)典的計(jì)算機(jī)架構(gòu)。如今，該校的課程融合了硬件和軟件設(shè)計(jì)的不同元素。雖然他們教授硬件課程，包括內(nèi)存、GPU和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)加速器等，但也提供系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程。他解釋說，這將有助于學(xué)生更深入地學(xué)習(xí)邊緣運(yùn)算系統(tǒng)、平行軟件開發(fā)、安全性以及實(shí)時(shí)設(shè)計(jì)等。

IoT設(shè)備的演變

IoT設(shè)備的發(fā)展仍然在持續(xù)進(jìn)展中。但業(yè)界肯定掌握到的一件事是邊緣運(yùn)算的重要性。Atienza說：“你必須提高硬件運(yùn)算和數(shù)據(jù)儲(chǔ)存能力，才能讓IoT設(shè)備盡可能地在本地和邊緣處理最多的數(shù)據(jù)?！?/p>

就像Apple Watch從Series 1到Series 2 (GPS)和Series 3 (GPS + Cellular)的演變過程，就是一個(gè)很好的例子。

Atienza并以通訊成本為例解釋，透過藍(lán)牙將數(shù)據(jù)發(fā)送到手機(jī)后再發(fā)送到云端，這一筆通訊成本可不小。因此，“你在邊緣能做的事情越多，你的IoT設(shè)備就越有效率。此外，必須發(fā)送到遠(yuǎn)程的數(shù)據(jù)越少，就越能保有安全與穩(wěn)私性。”

除了連接性之外，供應(yīng)商近來(lái)對(duì)于在IoT設(shè)備中添加AI功能變得越來(lái)越有興趣?！暗趩?dòng)開發(fā)項(xiàng)目之前，IoT公司首先必須考慮為什么要將他們的設(shè)備連接到因特網(wǎng)，他們期望AI做什么，以及，最重要的是，這些AI如何使消費(fèi)者受益?！?/p>

例如，在連網(wǎng)燈泡的發(fā)展早期，有些消費(fèi)者對(duì)于使用智能手機(jī)就能打開和關(guān)閉燈光感到十分興奮，但卻忘了先想看看究竟是以智能手機(jī)進(jìn)行互動(dòng)還是直接手動(dòng)切換墻上開關(guān)比較方便。

Atienza認(rèn)為，AI正蔓延至IoT話題的部份原因在于AI可以“自動(dòng)化”用戶的決策過程。消費(fèi)者更期待他們的設(shè)備被“訓(xùn)練”成自主為其做出正確的選擇，而不必不停地被要求在智能手機(jī)屏幕上彈出的選單上做選擇。

然而，在IoT設(shè)備上添加神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)并非易事。

Atienza說，“一體適用”(one-size-fits-all)的通用AI并不存在。對(duì)于某些IoT設(shè)備，Atienza的團(tuán)隊(duì)嘗試了卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(CNN)和隨機(jī)森林(Random Forest)——兩種不同的AI模型，以便于比較其結(jié)果?；谂卸涞哪Ｐ?，如Random Forest，被認(rèn)為是“更簡(jiǎn)單的AI”。Atienza說它的效果更好或比CNN更強(qiáng)大，具體取決于某個(gè)IoT設(shè)備所需的可用數(shù)據(jù)集、速度和大小。但是，當(dāng)沒有專家可用于手動(dòng)制作功能時(shí)，CNN可能會(huì)更勝于Random Forest。

對(duì)于在IoT設(shè)備中優(yōu)化軟硬件(尤其是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)加速器)的IoT系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員而言，添加AI也為其帶來(lái)了更大的壓力。

即使在選擇了AI模型之后，挑戰(zhàn)這才開始，接下來(lái)才是真正困難的部份。

AI并未提供有關(guān)如何檢測(cè)特征與學(xué)會(huì)作出某個(gè)結(jié)論的線索。如果少了解讀AI思想的基本能力，Atienza問道：“你如何驗(yàn)證他們[支持AI的IoT設(shè)備？”他解釋說，他的團(tuán)隊(duì)最終部署了各種相對(duì)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，以了解AI正在檢測(cè)哪些功能。

當(dāng)然，我們已經(jīng)從汽車界了解到，當(dāng)自動(dòng)駕駛車制造商必須為其AI驅(qū)動(dòng)的車輛進(jìn)行安全驗(yàn)證時(shí)，AI正是其中最棘手的問題。在此情況下，自動(dòng)駕駛車很可能讓人們的生命受到威脅。

然而，Atienza強(qiáng)調(diào)，“如果支持AI的IoT設(shè)備無(wú)法發(fā)揮作用，就會(huì)扼殺市場(chǎng)機(jī)會(huì)，以后人們也不會(huì)買賬?！?/p>

Atienza表示，他在EPFL的團(tuán)隊(duì)參與了Nespresso連網(wǎng)咖啡機(jī)系列的開發(fā)。該系列的第一款產(chǎn)品已于兩年前推出。下一代Nespresso連網(wǎng)咖啡機(jī)計(jì)劃于今年秋季推出。

視頻鏈接：https://www.youtube.com/watch?v=yAxVcAhoT7A&feature=youtu.be

企業(yè)培訓(xùn)

Atienza及其團(tuán)隊(duì)有效利用了EPFL與企業(yè)伙伴的合作成果，提供了為期三天的IoT課程。下一次的課程計(jì)劃于9月初開設(shè)，范圍將涵蓋三大主題：針對(duì)云端IoT邊緣運(yùn)算的智能平臺(tái)(硬件和軟件設(shè)計(jì)、功率/能源要求)、IoT通訊(協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)、最新標(biāo)準(zhǔn))，以及安全的IoT應(yīng)用(工業(yè)4.0和穿戴式IoT設(shè)備等)，包括數(shù)據(jù)收集和數(shù)據(jù)分析等實(shí)際案例研究。

Atienza也在中國(guó)深圳和香港私下提供類似的課程，特別是提供給一些大型的中國(guó)企業(yè)。

Atienza認(rèn)為，在企業(yè)內(nèi)部提供培訓(xùn)至關(guān)重要?！肮就ǔＮ茨苷嬲x其IoT設(shè)備應(yīng)該做些什么，他們往往缺乏深厚的技術(shù)能力，也不了解系統(tǒng)背后的運(yùn)算成本及其隨著增加更多功能帶來(lái)的更多成本。”他說經(jīng)?？吹揭恍┕厩笾谄溟_發(fā)團(tuán)隊(duì)，要求開發(fā)可支持“藍(lán)牙、應(yīng)用程序(App)、AI和區(qū)塊鏈(blockchain)”的IoT設(shè)備。這些要求都是企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)IoT清單的熱門關(guān)鍵詞。

但是，Atienza表示，最重要的項(xiàng)目卻從未列入此清單中：“它對(duì)于消費(fèi)者有什么好處？”

在接下來(lái)的幾頁(yè)中，我們將透過圖片看看EPFL學(xué)生們正在進(jìn)行中的一些計(jì)劃，并且來(lái)個(gè)瑞士EPFL校園之旅。

校園健身監(jiān)測(cè)計(jì)劃

EPFL在校園中推出了一項(xiàng)健身監(jiān)測(cè)計(jì)劃。它連手洛桑大學(xué)(University of Lausanne)、運(yùn)動(dòng)與健康中心(Sports and Health Center)以及當(dāng)?shù)匾患倚聞?chuàng)公司Be.care，共同“建立了一個(gè)架構(gòu)，透過最新的穿戴式技術(shù)(智能手表和智能手機(jī)的客制App)，使用校園中學(xué)生和教職員的數(shù)據(jù)”。

從每個(gè)EPFL學(xué)生參與者定期取得的數(shù)據(jù)報(bào)括心率、心律變動(dòng)性、訓(xùn)練負(fù)載和參與者的問卷答案等。其目標(biāo)在于量化每位使用者的壓力和緊張指標(biāo)。

根據(jù)這項(xiàng)健身計(jì)劃，收集到的資料將會(huì)被發(fā)送到Be.care云端系統(tǒng)，接著在Be.care的AI系統(tǒng)將會(huì)計(jì)算生物-數(shù)字簽名，并與運(yùn)動(dòng)與健康中心合作提出簡(jiǎn)單的解決方案，以改善復(fù)原或改變學(xué)生的日常習(xí)慣。

以下幾張照片則是EPFL嵌入式系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的軟件與硬件建構(gòu)模塊。

Feavr開發(fā)項(xiàng)目

EPFL嵌入式系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室的學(xué)生開發(fā)的虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)游戲App，可連接至平板電腦、智能手機(jī)和智能手表。隨著VR游戲中的恐懼因素增加(例如改變?cè)诘乩蝺?nèi)的照明)，透過可穿戴設(shè)備即可監(jiān)控游戲玩家的心率。

視頻鏈接：https://www.youtube.com/watch?v=oQnXzDU-cwg&feature=youtu.be

EPFL創(chuàng)新園區(qū)

EPFL創(chuàng)新園區(qū)由13棟建筑物組成，包括新創(chuàng)公司、中小企業(yè)(SME)和幾家公司的研發(fā)團(tuán)隊(duì)。這些公司的研發(fā)活動(dòng)包括信息技術(shù)、運(yùn)算、健康和營(yíng)養(yǎng)，到工程、運(yùn)輸電信或材料等。

EPFL圖書館

EPFL圖書館(EPFL Library)為學(xué)生、研究人員和教授提供先進(jìn)的服務(wù)。這座公共圖書館位于EPFL的勞力士學(xué)習(xí)中心(Rolex Learning Center)，于2010年落成，其藏書可供所有感興趣的人借閱。

ArtLab大樓

ArtLab是EPFL校園的文化和藝術(shù)活動(dòng)中心。

SwissTech會(huì)議中心

位于EPFL校園附近的SwissTech會(huì)議中心是日內(nèi)瓦湖(Lake Geneva)地區(qū)最大的會(huì)議中心之一。

洛桑市中心

（圖片：David Benjamin）