智能計算開啟嶄新生活序幕

計算能力，一直伴隨著社會的不斷前行而發展，并且逐漸成為影響社會發展非常重要的決定力量。早期的計算是冰冷的，能夠清脆歌唱的算盤終究不過是被操控的棋子；電子管時代的計算是孱弱的，龐大的身軀掩蓋不了內心的單薄；晶體管時代的計算是孤獨的，不斷增強的能力到頭來也只能孤芳自賞。而當計算插上互聯的翅膀，有生命的計算終于出現。

智能計算的概念

智能計算(Intelligence computing)，是個非常廣泛的概念，任何與智能扯上關系的詞，都是從人工智能這個大概念下衍生出來的，即讓機器具有人一樣的思考能力。智能是個體有目的的行為、合理的思維，以及有效的適應環境的綜合性能力。人工智能是相對于人的自然智能而言，用人工方法和技術，模仿、延伸和擴展人的智能。

理論上的智能計算，是以連接主義的思想為主，并與模糊數學和疊代函數系統等數學方法相交叉，形成了眾多的發展方向。人工神經網絡(ANN)、遺傳算法、演化計算、人工生命、生態計算、免疫信息處理、多主體系統等都可以包括在智能計算中。

連接主義，或智能計算與分布式人工智能(Distributed Artificial Intelligence， DAI)是密不可分的。人們在研究人類智能行為中發現，大部分人類活動都涉及多個人構成的社會團體，大型復雜問題的求解需要多個專業人員或組織協作完成。“協作”是人類智能行為的主要表現形式之一，分布式人工智能正是為適應這種需要而興起的。尤其是隨著計算機網絡、計算機通信和并發程序設計的發展，分布式人工智能逐漸成為人工智能領域的一個新的研究熱點，作為人工智能的一個分支，DAI主要研究在邏輯上或物理上分散的智能動作者如何協調其行為，即協調協調它們的知識、技能和規劃，求解單目標或多目標問題，為設計和建立大型復雜的智能系統或計算機支持協同工作提供有效途徑。分布式系統的本質決定了它是復雜的、非線性的、通過各子系統間的協同達到更高有序態的系統。

智能計算的各領域用不同方式實現了連接主義的計算，即：研究簡單個體如何在簡單交互規則指導下，構成具有復雜智能行為的高層系統。由此帶來各種算法的統一特點，如社會性、并行性、單元的智能性、開放性等。換個通俗點的說法，智能計算就是一個基于連接的開放式計算系統。

在本文中，我們將主要討論的是智能計算其中的一種，即基于互聯的嵌入式系統計算技術帶給整個生活的變革以及對技術的需求。關于這種智能計算的模型，并無一個明確的公論。從另一個角度，我們審視IBM提出的“智慧的計算”的模型，也可以大致規劃出這樣類似的模型。

“智慧的運算”(Smarter Computing)是綜合IT基礎架構領域內諸多先進技術和最新發展趨勢而得到的綜合技術體系，具有自動、整合、安全的特點。它包含大規模數據整合、優化的系統，以及云計算等新興服務交付模式。“智慧的運算”包含大規模數據整合，開啟全新洞察；優化的系統，滿足特定工作負載的獨特需求以及云計算模式，高效實現服務交付轉型、創造全新業務模式。以此嵌套我們今天的智能計算模型，大體的結構包括：終端的嵌入式處理平臺在一定指令控制下工作；各種有線/無線或者板級的傳輸方式用以傳輸數據信息及返回指令；數據中心進行數據收集、數據整理及挖掘，并最終將帶有一定智能分析之后的指令傳回終端。

嵌入式系統到智能系統的轉變

伴隨著連接技術的繁榮，現在業界一個重要的趨勢就是從原有的計算機向計算能力的轉變，亦即現在不再拘泥于某個設備，而是更加強調計算能力的存在。這一趨勢從各個方面都影響著我們的生活，并由此趨勢誕生了各種各樣新的產品，例如數字標牌、信息亭以及一些基礎設施相互連網的設備。最關鍵的是不同設備，它本身具備計算能力，另外一方面，它們是相互連接在一起的，給我們提供了新的機遇和新的需求。

嵌入式系統已經廣泛應用于整個電子產業中，涉及從控制到計算等各種處理應用，嵌入式系統加上連接能力，就組成一個小型的智能系統。所謂智能系統，是指那些安全的、連網的可以進行遠程管理控制的系統。根據這樣一個定義，目前全球有超過18億個智能系統，占主要電子系統設備出貨量的19%。隨著智能系統市場的高速發展，它在2015年將超過所有出貨系統的三分之一。

智能系統主要有兩大類，第一類就是強調個人體驗，包括零售業、醫療、汽車等方面的應用。第二類涉及到提高生產效率，包括通信基礎設施應用，例如很多無線通信商都將英特爾的產品應用到無線接入網絡；包括機器人、智能機器人在內的工業控制應用；包括配電站在內的智能電網應用；高速鐵路的控制系統。

面對這樣一個智能系統，市場面臨巨大的轉變，一方面它給我們提供許多的機遇，即需要將連網能力附加到我們的嵌入式設備上，包括能夠提供新的體驗，具備云連接的能力，帶來全新的應用和服務。另一方面，從安全的角度看，它也提出了一些挑戰。

英特爾架構事業部副總裁兼智能系統事業部總經理唐迪曼總結了業界現在呈現出的五大發展趨勢，以推動那些不具備連接能力的嵌入式系統向我們有連接能力的智能系統的轉變。

第一，用戶體驗。就個人體驗來說，在生活中一些推動計算能力的設備發生了很大的變化。隨著現在人們生活中越來越多地使用智能手機、平板電腦，以及對其他各類設備的要求，包括信息亭、數字標牌、消費終端設備等，因此產生了各種各樣的需求。對于開發人員而言，在設計下一代嵌入式設備的時候，他就要更多考慮到消費者個人的體驗。

第二，云連接。與云的可連接性為嵌入式系統提供了很多新的機遇，一些以前難以想象的應用和服務，所謂能夠實現云端的連接成為可能。比如說可以在車上實時更新交通路況，比如說可以在數字標牌上實時更新展示的信息，或者說只要按一個按鈕，就可以在全國范圍內同時控制電子廣告牌上的內容。那么這種云的連接能力，一方面能夠給我們提供全新的業務模式，另外一方面也能夠將工作效率提升到一個全新的水平。

第三，數據分析。智能系統或者說具備這種連接能力的嵌入式系統的應用將會產生大量的數據，比如大量與物聯網相關的內容，包括機器對機器的通信，在未來10—20年中，這個物聯網的應用將會比當今社交網絡應用產生的數據還要多很多。這對于業界來說，機會與挑戰是同在的，如何將大量的數據轉換成有用的信息，轉換成為更新的業務模式。

第四，安全和可信計算。在目前這個階段，大部分商業智能的分析都是放在云上完成的，但是在未來的物聯網時代，有一些數據的處理肯定要放在網絡邊緣，甚至放在智能系統上去做。因為從實際的角度來說，我們不可能將所有的數據都放在云上進行計算和處理，所以未來的數據和處理很可能會呈現多層次的情況。不僅在云端有大批的數據處理，而且在網絡邊緣甚至在智能系統本身也要具備相應的數據處理能力。

隨著各種各樣的系統能夠相互連接起來，安全性就不僅僅是一個涉及到隱私的問題，而是涉及到國家安全層面的問題了。在全球來看，像供電系統、供水系統、交通控制系統都能夠全面連網，所以要把這種安全的特性嵌入到系統中，這將是在未來的系統開發設計人員首先需要考慮的問題。

第五，業務融合。由于現今微處理器的設計方面的特性，以及微處理器的虛擬能力，能夠實現工作負荷的整合或者集成，可以把以前分散在幾個微處理器上的工作集中到一個微處理器上來，通過特別的軟件設計和系統的部署來實現，從而大幅度地降低用戶的總體擁有成本。

面對這五大趨勢，唐迪曼介紹，英特爾提供了完整的戰略來實現智能系統市場的全面變革。英特爾先進的處理能力能夠為連接的設備提供最佳的用戶體驗，包括開放數據中心能夠確保所有包括個人電腦、智能手機、平板電腦以及未來所有連網設備在內，都能夠實現連接到這樣一個更加全面的網絡中去。通過軟件開發平臺以及通用架構，開發設計人員能夠將數據分析能力放在最合適的位置上，例如放在云上面，或是放在網絡邊緣，或者是放在連接的智能系統終端，都是可行的。

連接的需求

從嵌入式系統到智能系統的演進，連接方式是其中不可避免的一環。智能計算最初的市場驅動力來自材料和物體跟蹤領域。有線和無線網絡等現有技術可以提供第一代通信網絡，

當然，僅僅是傳統的通信方式，并不能充分發揮智能計算的智能化，新一代通信網絡將使傳感器和被檢測物體能夠傳達它們的信息。嵌入式GPS或定位技術將提供這類物體的位置和速度信息。特殊要求將會是低功耗模式、喚醒活動或網絡探測這類事情，而且安全性是必不可少的。博通公司副總裁、基礎設施與網絡事業部首席技術官Nick Ilyadis的觀點是，傳統處理技術與網絡連接技術的平衡是由網絡能否承擔額外的流量和位置信息決定的。傳統處理會包括條碼掃描和其他數據收集系統，這類系統提供單點信息更新，而不是實時信息更新。單點信息更新意味著，箱包在終端處接受掃描是一個更新信息的時間點，然后在接收碼頭接受掃描是另一個更新信息的時間點，但在這兩個時間點之間沒有信息。實時跟蹤將需要更多地訪問網絡，除非每交易通信成本降到非常低的水平，否則在經濟性上存在挑戰。

在網絡連接與處理能力相結合的智能計算概念里，對遠端服務器的處理能力提出了全新的特殊要求，區別于傳統的處理器產品，網絡時代的智能計算處理器在延遲、加密和準確時間這3個方面一定會涉及全新的要求。如果網絡延遲短，對事件的響應速度快，就可以實時處理事件。還要對大量連接加密，這些連接也許不全使用相同的密鑰。準確時間是為了以非常高的準確度同步事件和數據。另外，要支持IEEE 1588V2等時間協議。Nick Ilyadis特別指出，要實現更智能的計算，終端將需要傳感器輸入，以通過GNSS(GPS)技術、達到亞米級準確度的室內定位、NFC功能、準確時間以及環境參數(溫度、濕度等)測量數據，例如絕對位置、速度、加速度等數據。低功耗將是關鍵標準，它決定了電池壽命的長短或是否能從所在環境收集能量。最后，終端必須安全，不能被非法侵入，因為終端可能處在開放環境中。通過硬件機制實現安全性，防止有人從內存中提取數據或密鑰。

Netronome公司針對這一需求，推出網絡流管理軟件(NFM)系列及全面的應用支持體系，此次升級包括一個用于下一代防火墻(NGFW)、IPSec、入侵防御系統(IPS)和SSL監測等的應用套件，可以幫助網絡基礎設施供應商和應用開發商加速基于x86架構的100Gbps網絡設備和各種應用的開發。作為一種成熟的商用軟件，Netronome的網絡流管理軟件NFM為NFP3240 處理器及基于它的NFE網絡加速系統提供了多種行業領先的網絡安全應用。Netronome的網絡流處理器(NFP)將采用Intel 22nm工藝，基于其特有的流處理技術，可支持多線程的40個網絡引擎內核工作在高達1.4 GHz的頻率，可為網絡、安全和內容處理應用帶來40G到100G的性能突破。NFP3240提供了40 Gbps的深度報文檢測、網絡和安全處理，以及支持I/O虛擬化，同時支持數百萬的并發流連接。

Netronome開發的IDS/ IPS 軟件應用套件NFM通過硬件加速技術，包括基于報文的數據包分類，狀態流管理，以及集成的動態負載均衡，從而大大提升了基于x86的IDS/ IPS的應用性能。支持下一代防火墻的NGFW應用套件在支持IDS / IPS的應用的基礎上，增加了基于協議和網段及端口的策略管理，IPv4/v6二層和三層轉發，網絡地址端口翻譯(NAPT)，IPsec VPN和SSL 協議檢測。

當然，比起前面說的各種定位技術，最直接有效的連接方式還是移動通信和無線網絡，借助2G、3G甚至LTE等技術或WLAN(WiFi)，可以讓更多的連接嵌入式系統一起分享信息，并以通信的方式實現其工作的智能化。嵌入式加無線，是智能計算現在最讓人感興趣的模式，比如WiFi、藍牙、Zigbee以及各種自定義的無線標準，這些技術的存在，讓低功耗無線傳輸成為可能，也催生更多智能計算的機遇。一個比較有意思的與智能計算可能產生火花的連接方式是WiFi Direct，這種全新的WiFi技術能夠實現點對點的WiFi連接，這就讓無線網絡傳輸可以脫離傳統的熱點(AP)而單獨存在，讓某些設備間可以在云端的數據庫之外，建立更為廣泛的個體小數據庫，并有機會實現兩個設備之間的通信交互信息，得以讓智能計算變得更廣泛，更靈活與獨立。而ARM 市場營銷部移動運算市場營銷總監陳洛則表示，將WiFi和藍牙的軟件整合，能降低其功耗，這會讓未來的便攜產品將寶貴的功耗集中到性能方面。

軟件與算法是核心

智能計算，硬件與互聯只是基礎，真正的核心思想集中在軟件處理與算法上。軟件是智能計算模式的關鍵組成部分。有一個支持實時數據收集及傳輸的軟件平臺非常重要。支持數據預處理也很重要。軟件平臺必須安全，以參與安全交易和加密通信。軟件成本必須很低，因為這類軟件會用在大量設備中。這種軟件平臺還必須是實時操作系統，以支持對外部事件及數據輸入的低延遲響應。軟件也必須支持網絡協議棧。目前關鍵是支持IPv6。

智能計算算法將有幾種不同的結構。Nick Ilyadis分析認為，就僅與設備有關、而非更大的數據收集引擎組成部分的數據而言，算法可以完全在收集設備內運行。如果算法需要匯總或關聯來自多個收集點的數據，那么就需要采用一種具有匯總設備以執行算法的模式，或者將所有數據發送回云中，并在云中處理。因此關鍵是，根據數據收集和匯總類型，正確確定是采用本地數據處理還是采用遠程數據處理算法結構。

意法半導體(ST)中國區MCU市場部經理曹錦東談到軟件在智能計算中的應用時，認為軟件體現了真正用戶的價值，是軟件推動了MCU更智能。在嵌入式設備端，面對智能計算的需求，由于計算可能是基于不同硬件實現的，這就要求軟件需要與底層的驅動兼容，從而讓計算能夠真正實現更廣闊的覆蓋。為了達到這一目的，對硬件廠商來說，在應用軟件層面，不僅僅是要面對各種連接的接口控制要實現各種連接的兼容，還要求軟件的驅動層、協議層要與第三方一起開發，從而盡可能確保軟件的易用性和通用性，并要探討一種軟件與硬件結合的商業模式，可以融入到整個生態系統中，一個典型的應用是語音控制的實現，如果能夠有一個統一的平臺或算法去實現語音控制，那么未來語音控制的應用將不僅僅局限到現在這些應用，ST正在考慮這方面在MCU上的應用。

軟件在未來的價值會越來越高，特別是智能的實現方面。ARM陳洛看到的是，使用者的習慣不同會影響整個產品的使用者體驗，軟件提供的是從底層到上層應用的一個體系的建立，并且很多應用其實都是軟件在處理和協調，針對智能計算中的智能，硬件廠商提供了比較好的處理能力，軟件開發商就在此基礎上實現面對用戶的應用。陳洛用一個形象的比喻形容軟件商與ARM的分工，ARM提供做菜的材料，而軟件商則是炒菜的大廚。

在算法方面，ARM會不斷根據軟件的算法需求，改進自己的指令集，用新的指令集來實現更多智能和通用的功能，特別是通過與生態系統的廠商互動，ARM會根據需要將一些指令集評估后決定是以軟件實現還是硬件實現，以便用戶有更好的體驗。

嵌入式系統的機遇

智能計算，在本質上說，是一個連接與信息交互環境下的全新處理平臺，涉及傳感，數據獲取，數據分析和處理，模擬技術和通信連接的一個龐大系統。借由數據分析和控制，來讓計算具有更多的智能因素。

智能計算，涉及的不僅僅是傳統的處理器，更多的是帶給更多嵌入式系統全新的機遇，智能計算將會創造一個全新的產業鏈。曹錦東就預測，鑒于現在MCU的處理能力逐漸加強，考慮到MCU的成本與功耗都很低，已經不再僅僅局限在控制方面的單一應用。增加了連接功能的MCU也可以實現智能計算的功能，這就意味著一些新興的應用將會在未來的3-5年內涌現，可以說，MCU讓云計算覆蓋的更廣，未來CPU的架構將會受到MCU強有力的挑戰。

基于傳統嵌入式系統的智能計算，創造的不僅僅是傳統嵌入式系統的產業鏈。ARM 市場營銷部移動運算市場營銷總監陳洛在分析智能計算前景時看到，智能計算與移動設備的結合是未來的大勢所趨，在最新的臺北電腦展上看到，越來越多的移動PC正在步手機的后塵，實現Always on的功能。在智能計算方面，傳輸速度是網絡的責任，而在嵌入式系統方面，則要向著節能省電與高性能的平衡方面發展，便攜處理產品的性能增加，會提供更多的處理能力進行信息獲取與軟件的執行，從而讓智能化更深入，而節能省電則是很多設備能夠成為移動設備的前提，這些對ARM而言既是機遇更是挑戰。針對這個需求，ARM提出了一個全新的“大小核”理念，大核將用來進行較復雜的計算需求，例如視頻瀏覽游戲等，小核則負責較簡易的電子郵件收發、短信息處理等較省電的工作，大小核之間互相切換可以實現理想的效果，特別適合網絡智能計算的需求。

生活的信息化、智能化和安全化一直是消費者所追求的，智能計算帶給我們的機會是我們將生活在這樣一個世界上——我們能知道影響商務的事件，并且生活在實時的、清晰可視的環境中。挑戰是，匯總數據所需的傳感器、智能計算終端和網絡以及最終的計算基礎設施的部署成本。部署的經濟性尚未得到清晰闡述和驗證。嵌入式系統應該提供低成本傳感器和計算平臺，這樣傳感器和計算平臺才能得到廣泛采用，實現規模經濟。

智能計算的一個核心觀念是通過終端搜集各種不同的信息，匯總到一個數據中心，然后通過智能的算法進行數據分析和挖掘，從而將獲取的結果返回終端設備，指揮終端設備的處理單元實現有一定目的的處理方向，達到智能化的目標。曹錦東介紹的一個典型嵌入式與網絡的應用是自動販賣機，通過將不同設備搜集的信息發送給客戶端，不僅可以將數據分析提交給供貨商進行有針對性的備貨，更可以提供給使用者不同人群的購買需求，從而給出有針對性的采購建議。

Nick Ilyadis認為，最重要的智能技術應用之一與交通運輸有關。隨著我們社會的成長，城市和高速公路將變得更加擁擠。用智能汽車、傳感器網絡和云計算來優化交通，將會提高生產率，并提供更好的總體生活質量。陳洛則預言，未來有屏幕的設備，就會有嵌入式處理器在其中，這其中大部分將是具有聯網功能的智能設備。特別有代表性的是汽車應用方面，通過聯網與嵌入式系統的合作，實現更多娛樂和智能控制。對智能交通這個未來預期前景應用中，傳感器帶來的實時路況采集，無線傳輸結合地圖資源，這些信息與處理和控制平臺的協同工作構建的就是一個完整的智能輔助駕駛系統(ADAS)。

愿景:創造一個互聯生活

過去的數十年當中，移動科技已演變成歷史上最大規模、最重要的科技。全球超過36億個移動用戶擁有超過66億美元的“互聯”設備。移動技術正在改變我們溝通、獲取信息、休閑娛樂和上網的方式。

GSM協會首席營銷官Michael O’Hara認為，一個全新的“互聯”浪潮近在眼前。未來，這股互聯浪潮將席卷一切，讓我們身邊的所有人和事都受益于無線連接。除了手機和平面電腦外，我們還將見證互聯的汽車、建筑、醫療顯示器、電視、游戲機、以及一系列的互聯消費類電子產品和家用電器。這些產品將會以智能連接的方式彼此溝通和互動。

移動通信的下一代浪潮——互聯生活，旨在提供一個無縫、智能的互聯平臺，讓人、程序，及產品無論何時何地都能實現個性化的相關服務。

互聯生活所帶來的商機將不僅受惠于移動通信行業，還受益于包括消費電子、汽車、公用事業、醫療、建筑、智能城市和交通運輸、制造、零售、休閑和農業等相關行業。政府和公共部門也有很大的受惠機會。

移動通信營運商們正在攜手其他行業的公司，為消費者和企業提供極具吸引力的新服務。隨著互聯設備的不斷推廣，更多的商機也浮現出來，互聯生活開始重塑電信及相關行業的發展。

以下是互聯生活的一些服務應用：

互聯智能電表——幫助個人及公司更有效地管理和節源能源。

遠程醫療監控技術——可提供更加經濟并節能型的醫療服務，同時使醫生和護理人員更深入地洞察患者的生活方式。

遠程家庭與家電控制——可以減少能源開銷，并幫助消費者做家務。

嵌入式移動交通解決方案——可提供環保的路線規劃、緊急援助，還能幫助駕駛員避免交通堵塞。

互聯車輛——可按需為車主提供車輛信息、導航和娛樂服務。

車載互聯——可使制造商向駕駛員提供維護和支持服務，還能促進新的商業模式，如基于里程的駕乘保險。

互聯消費電子產品——可提供更豐富的功能，如自動上傳或下載照片、視頻及電影，從而為產品差異化競爭和維護消費者關系提供更大機遇。

互聯設備、汽車及機械企業都將敞開機會給各行各業，提高效率并引入更智能的工作方式。在很多領域，諸如消費電子產品，互聯設備將極具競爭優勢。例如，互聯數碼相機可以實時共享和上傳所拍攝的照片，互聯攝像機可以直接上傳視頻至云端上，電視、個人娛樂和游戲設備將能夠從互聯網上不斷更新內容。制造商也將能夠在互聯系統上提供軟件更新、與客戶溝通、遠程技術協助，及相關產品銷售。

在未來的十年內，將會有數十億新設備連接到移動網絡，為消費者和企業提供一系列的應用、服務和體驗。這些發展將引領互聯生活，幫助我們隨時隨地實現移動互聯。