市場新秀ALIF：以獨門技術為邊緣裝置打造新一代MCU平台

Posted By Judith Cheng on 11 月 21, 2023 in ALIF, Arm, Edge AI, Edge AI開發地圖, Edge Impulse, TinyML, 專訪, 特寫, 產品新訊, 產業趨勢 | 0 comments

繼崛起於21世紀伊始的物聯網(IoT)之後，邊緣人工智慧(Edge AI)無疑會是微控制器(MCU)/微處理器(MPU)市場在接下來幾年「戰火」最激烈的應用領域；其無窮商機潛力與充滿無限可能的創新活力，不但吸引各家老牌晶片供應商競相推出相關解決方案，也激勵了產業新秀投入──2019年誕生於美國矽谷的Alif Semiconductor也是其中之一。

Alif推出的第一款產品是Ensemble系列32位元MCU，為市場上首波採用2020年問世之最新Arm Cortex-M55核心的單晶片之一；該系列產品具備從單一Cortex-M55核心、到雙Cortex-M55搭配雙Cortex-A32 MPU核心的1至4核心(E1、E3、E5、E7)選項，並結合了Arm Ethos-U55微型神經網路處理單元(microNPU)以及容量充裕的內建記憶體，可加速AI/ML工作負載的執行，開發者能依據終端應用的複雜程度彈性選擇最適當的解決方案。

Alif的Ensemble系列產品具備從單核心到四核心處理器的選項。(圖片來源：Alif Semiconductor)

因為高整合度減少了與外部元件溝通的需要，使得Ensemble具備速度與功耗方面的優勢──根據Alif提供的測試數據，在執行相同的影像辨識推論任務(採用MobileNet V2 1.0模型)時，該晶片結合M55與U55的架構比起採用前一代Cortex-M系列核心的方案，能有800倍的速度提升；與僅採用M55核心的方案相較，不但速度快了78倍(8 vs 624 ms)，所消耗的能源也降低76倍(3 vs 228 mJ)。

Alif共同創辦人暨總裁Reza Kazerounian接受MakerPRO獨家專訪表示，「我們在大約5年前創業時，是想要打造最適合在邊緣裝置運作的新一代MCU/MPU平台，並沒有特別針對Edge AI應用；」他指出，在網路邊緣的嵌入式系統會有不同的功能需求、會需要可以實際控制各種功能的即時作業系統，為此他們從處理能力、功耗、整合度、安全性等不同面向進行考量，專注於系統架構的創新。

「我們開發出的元件結合了各種所需功能，不僅能執行Edge AI任務，還可以做更多事情；除了運算性能強大、佔位面積小，而且具備功能延長裝置電池續航力的低功耗特性；」Kazerounian對自家晶片的市場競爭優勢相當有信心：「如今能支援Edge AI應用的元件並不是只有我們公司有，但我們的解決方案或許是其中最好的。」

儘管Alif對業界來說是一個新名字，他與另一位共同創辦人，現任執行長Syed Ali，都在IC產業界擁有20年以上經驗。Ali是2017年被Marvell收購之處理器開發商凱為(Cavium)的共同創辦人，並曾在三星電子(Samsung Electronics)主導快閃記憶體與CPU業務開發；Kazerounian則是MCU領域的老將，曾掌管大廠Atmel微控制器與連結業務部門(2016年併入Microchip)，並曾任職飛思卡爾(Freescale，已被NXP Semiconductor收購)以及意法半導體(ST)。

Alif共同創辦人暨總裁Reza Kazerounian。(圖片來源：Alif Semiconductor)

不只兩位掌門人資歷豐富，對市場趨勢與機會所在能精準掌握；Alif的團隊也具備堅強技術實力。除了完成開發不輸給老牌大廠、整合MPU、MCU與microNPU於單一晶片的「融合處理器」(fusion processor)架構，該公司還有獨家智慧電源管理技術aiPM，是讓Ensemble擁有亮眼低功耗表現的關鍵。

根據Alif亞洲區市場行銷協理陳永章的介紹，著眼於眾多邊緣裝置是以電池供電，若要執行較繁重的AI/ML任務，如何維持續航力成為一大挑戰。以軟體配置的aiPM技術則是將晶片劃分出多個各自獨立的電源域，並將功能區塊分為高性能(HP)、高效率(HE)與不斷電(always on，AON)三大類；根據個別應用案例，耗電量大的HP區塊只在需要時開啟。

Alif開發的獨門電源管理技術aiPM能讓複雜的四核心晶片功耗表現就像小型MCU。(圖片來源：Alif Semiconductor)

如此一來不但能讓複雜的四核心元件功耗表現媲美小型MCU，也能讓電池供電的智慧型裝置能運作更長時間；在節省了電池成本之外，因為aiPM技術的電源管理功能都是在晶片內部運作，免除了對外部電源管理元件的需要，也能更進一步簡化系統設計與整體成本。

在邊緣裝置也特別注重的安全性功能方面，Alif的晶片具備獨立安全隔離區子系統(enclave subsystem)，擁有專屬核心、記憶體以及硬體為基礎的信任根(root of trust)；此外擴展了Arm TrustZone技術的安全分區功能，讓每個處理器核心都有可配置的防火牆，能管制核心與記憶體和周邊元件之間的存取。

從IC出廠(device manufacture)、客戶導入系統開發(product provisioning)、實際部署(deployment)到產品壽命終結(EOL)的四個階段，Alif都可提供完善的安全保護機制，避免晶片仿冒以及機密資料遭竄改或外洩等風險。

Alif的晶片具備多層次的安全保障。(圖片來源：Alif Semiconductor)

為了讓開發者進一步評估Ensemble的性能並進行部署，Alif除了提供開發板，也推出針對AI/ML應用的開發套件；該AI/ML應用套件內建可設置為前向或後向(自拍)模式的攝影機模組，並配備4吋彩色LCD螢幕、配電模組(PDM)、I²S介面麥克風、慣性感測器等等，能測試振動/人臉/聲音辨識等等AI相關應用。

陳永章表示，市場對Ensemble興趣濃厚，不僅在該公司參與產業展會時被詢問度相當高，開發板熱賣的程度讓剛加入團隊的他驚訝不已。而Alif還有眾多生態系夥伴在軟體方面提供豐富資源──像是嵌入式開發軟體供應商IAR為Arm架構系統打造的Embedded Workbench工具鏈，也支援Ensemble系列MCU；此外嵌入式AI/ML開發工具供應商Edge Impulse也是Alif緊密的合作夥伴，能為開發者簡化終端應用的部署工作。

Ensemble將於今年底量產，預計明年將會看到更多終端應用的導入。而Kazerounian也透露，Alif將在2024年的國際消費性電子展(CES)發表下一代新產品，功能更強、也將催生更多元應用，值得拭目以待!