在今年的嵌入式电子与工业计算机应用展(Embedded World 2018)上,来自全球的参展商们不约而同地聚焦在“边缘运算”(edge computing)上,强调在边缘装置(edge device)处理更多数据,以避免传送敏感的数据到云端。

这也许是由于欧盟(EU)的通用数据保护规则(GDPR)即将在5月25日全面生效,或可能只是因为目前的装置缺乏足够的安全性。

最近一篇关于物联网(IoT)网络安全的报告将原因指向了后者。资安公司Trustwave SpiderLabs副总裁Lawrence Munro发布了IoT网络安全的调查报告,他表示:“随着物联网持续普及,制造商们由于急着将产品推向市场,而忽略了网络安全基础的重要。我们看到由于这些制造商不熟悉安全编码概念,导致产品存在漏洞,有些整合至最终设计已长达十年之久。由于更新物联网产品在本质上极具挑战性,因此即使发布增补程序(patch),许多产品仍然容易受到攻击,而且增补程序通常都还没有开发出来。厂商需要正确地记录,并在他们的网络中测试每个连接到网络上的产品,或是面对成千上万种易于被网络攻击者用来犯罪的潜在新攻击手法。”

他补充说:“任何具有IP网址的装置或传感器一旦连到公司的网络,便可能开启后门,造成毁灭性的网络安全事件。”

这篇报告中并提到物联网的应用正快速成长,预计在2018年底,约有5/6的组织都会采用某种程度的物联网技术,而安全顾虑成为阻碍物联网普及的首要因素。

Embedded18041101 Embedded World 2018

因此,在今年的Embedded World中看到各种围绕着物联网边缘运算的相关产品发表与展示,就一点也不令人意外了。此外,业界大厂也积极发表完整的物联网生态系统或平台,瞄准在封闭回路环境中隐藏的安全风险。

支持多种无线协议的IoT芯片

恩智浦半导体(NXP)积极闸释物联网边缘运算能力的重要性。NXP资深副总裁兼微处理器总经理Geoff Lees说:“具备自我学习能力的边缘节点系统开始影响物联网,并扩展至网关与边缘装置进行处理。未来的边缘运算将需要高效能的运算能力、数据搜集的安全性、管理与决策能力。”

在NXP展示的装置中,超小型的物联网芯片(IoT-on-a-chip)封装整合了i.MX应用处理器系列的功能,并支持Wi-Fi/蓝牙标准,让消费和工业产品开发人员能快速地打造小型物联网产品。Lees表示,该公司专有的超低漏电SRAM比传统内存减少了10倍的静态漏电,能与三星(Samsung)非挥发性STT-MRAM内存搭配使用,实现更快1,000倍的唤醒时间、比传统嵌入式闪存更低400倍写入功率,并可实现更长100倍的电池续航力,从而打造出“实时启动”(instant-on)的物联网边缘节点产品。

Embedded18041102 德州仪器(TI)在Embedded World展示其SimpleLink MCU平台,并发表新款MCU,为Thread、Zigbee、蓝牙5和Sub-1 GHz提供多标准和多频段连接性

意法半导体(STMicroelectronics;ST)展示最新的STM32WB无线SoC,结合微控制器(MCU)以及为物联网同时支持多种通讯协议标准的能力。这些装置结合基于ARM Cortex-M4的多功能MCU以执行主要的应用,以及Arm Cortex-M0+核心以减轻主处理器的负担,并提供蓝牙低功耗(BLE) 5和IEEE 802.15.4通讯标准执行实时作业。此外,该无线功能还可支持其他无线通信协议,包括OpenThread、ZigBee或专有协议,提供更多连接至物联网的选择。

ST微控制器部门总经理Michel Buffa表示:“终端用户不断追求功能更好、价格更实惠的智能连网产品,STM32WB系列提供开发人员需要的进阶整合和双核心效能,以满足使用者的需求。此外,STM32开发生态系统的兼容性带来设计优势,能够大幅缩短智能灯、健身追踪器、医疗监视器、信标、卷标与安全装置等新产品的上市时程。”

Embedded18041103 意法半导体STM32WB电路图(来源:STMicroelectronics)

GreenWaves Technologies是另一家强调在边缘进行处理的公司。该公司的GAP8物联网应用处理器采用波隆那大学(University of Bologna)与苏黎世联邦理工学院(ETH Zurich)基于RISC-V技术所开发的平行超低功耗(PULP)运算开放源码平台,可开发、部署与自主操作智能感测装置,以撷取、分析与分类影像、声音或振动等众多数据源后开始执行动作。经优化的GAP8可执行大量的影像和音频算法,包括卷积神经网络(CNN)推论,且极具能源效率,这归功于整合的8核心运算丛集和卷积硬件加速器。

总部位于都柏林的S3半导体(S3 Semiconductors)展示其SmartEdge平台,可提供成本优化的客制单芯片解决方案,满足物联网边缘所需的效能。该公司表示,在边缘进行处理是一个快速发展的趋势,可在来源加速数据分析,并降低对于云端处理的依赖,进而更快速地进行决策。

边缘装置通常需要耦合至数据转换器的高灵敏度传感器模拟前端(AFE)、执行复杂嵌入式软件的MCU、具有安全性,并支持有线或无线通信接口。将所有这些功能整合在一起,通常需要本地校正和低延迟实时控制能力,从而带来巨大的设计和整合挑战。S3表示其平台可在单个ASIC中整合感测、校正、控制和通讯功能。

边缘到雾运算与工业物联网

控创科技(Kontron)也强调许多业界人士不愿意将资料放在云端的顾虑,这就是为什么该公司主打本地运算和储存。Kontron表示,嵌入式服务器或雾服务器(fog server)将会是一个巨大的成长领域。雾服务器类似云端系统,但位于本地。Kontron表示,该公司能够让客户在装置端加入更多智能功能。

针对其边缘至雾运算策略,Kontron推出了一款嵌入式服务器ZINC CUBE C232,专门设计给执行复杂运算任务的应用,例如需要处理和分析大量数据的机器学习或人工智能(AI)。它采用平台式设计,适用于工业应用、分析、AI和嵌入式视觉。此款嵌入式服务器支持时效性网络(TSN),最多可连接四个埠,适用于边缘和雾运算,可搭载第七代英特尔(Intel)服务器级的处理器,并支持高达32GB的DDR4 RAM内存。

Kontron也宣布与NXP合作,为下一代工业物联网边缘装置带来更多智能与效率,包括云端运算、边缘运算与工厂端的创新,也就是所谓的工业4.0。

通用电器(GE)旗下GE Power也在Embedded World推出新一代工业因特网连接控制(IICS)解决方案。该公司自动化与控制部门资深产品经理Vibhoosh Gupta表示:“我们尽可能地让机器更聪明。云端平台也许能提供更具弹性的运算环境,这对于车队管理是非常有帮助,但是对于需要实时分析的应用来说,将资料发送到云端会造成资料的延迟处理,所以我们别无选择,只能走向边缘。”

GE IICS解决方案为来自工业系统边缘的数据提供储存、分析以及快速传输,该公司提到只有一小部份的数据被用于工业流程,所以该系统利用GE Predix分析套件分别应用于边缘和云端,以便更能运用这些制程中所产出的数据,来减少停机时间并降低运营成本。

瑞萨挥军以太网络模块市场

瑞萨电子(Renesas Electronics)在会中宣布进军工业以太网络模块市场,进一步提升其芯片业务。该公司称其新型I-RJ45为工业用以太网络接口的完整解决方案,在RJ45连接器中加入了完整的电子与软件功能。

该解决方案整合单埠或双埠RJ45连接器,并支持各种工业网络从属(Slave)应用,包括传感器、发射器、网关、操作人员终端机(operator terminals)和远程I/O。此外,它还包括一个智能RJ45模块,配备嵌入式软件以支持多个工业以太网络协议堆栈。软件套件和样本程序代码为系统制造商提供了一套完整的工具和架构,有助于其打造应用,而无需任何额外的前置成本,并免除复杂性。

Embedded18041104 瑞萨I-RJ45工业以太网络模块

I-RJ45模块解决方案是一款随时可用的硬件和软件解决方案,已预先通过PROFINET认证,可用于大量生产的应用程序。瑞萨电子计划未来支持包括EtherCAT和EtherNet/IP等其他工业通讯协议。利用通用的应用程序编程接口(API)轻松地连接到通讯协议软件,并可整合到瑞萨电子的其他ASSP解决方案。

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