西北民族大學(xué) 李瑞霞 馬伊棟 潘世生

人工智能技術(shù)最初級(jí)出現(xiàn)在人們的視野中是在1950年，浮浮沉沉地發(fā)展了50多年。隨著處理器技術(shù)的不斷發(fā)展，越來(lái)越多的人工智能技術(shù)和嵌入式技術(shù)一起作為各類應(yīng)用出現(xiàn)在人們的生活工作中，嵌入式技術(shù)和人工智能技術(shù)的發(fā)展進(jìn)入了全新的時(shí)代。

人工智能技術(shù)的研究可以追溯到20世紀(jì)50年代。在過(guò)去50多年的發(fā)展中，其一直不被大眾所了解，主要是因?yàn)槠浯嬖谟诳茖W(xué)家的實(shí)驗(yàn)室中。而當(dāng)今嵌入式技術(shù)的高速發(fā)展，很多領(lǐng)域都在使用嵌入式人工智能技術(shù)所帶來(lái)的產(chǎn)物，使得此兩種技術(shù)的使用價(jià)值不斷地提高，不但推動(dòng)了人工智能技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，更加促進(jìn)了嵌入式技術(shù)的發(fā)展。

1 人工智能及其發(fā)展

“人工智能”這個(gè)詞是在1956年的達(dá)特茅斯會(huì)議上由一位來(lái)自于美國(guó)的科學(xué)家約翰.麥卡錫提出的。如今，人工智能是一個(gè)涵蓋了廣泛內(nèi)容的技術(shù)術(shù)語(yǔ)，它包含了各式各樣的處理服務(wù)，例如機(jī)器人技術(shù)、智能語(yǔ)言識(shí)別和在線翻譯技術(shù)等。人工智能一般被分為兩種，一種是可以解決特定的任務(wù)，另外一種是當(dāng)機(jī)器拿到一個(gè)任務(wù)時(shí)，首先判斷對(duì)此項(xiàng)任務(wù)是否熟悉，如果對(duì)該任務(wù)不熟悉，則會(huì)尋找一個(gè)完美的解決方案。

人工智能第一次掀起熱潮是在1956年之后，在這不斷發(fā)展的十多年時(shí)間里，計(jì)算機(jī)在學(xué)科方面的應(yīng)用也逐漸變得廣泛，例如應(yīng)用其來(lái)解決幾何問(wèn)題、用于解決語(yǔ)言方面出現(xiàn)的問(wèn)題等。這些情況使得越來(lái)越多的學(xué)者對(duì)機(jī)器人逐步向人工智能發(fā)展成為現(xiàn)實(shí)增添了信心。到了上世紀(jì)70年代，人工智能出現(xiàn)了第一次低谷時(shí)期，在有關(guān)人工智能的項(xiàng)目研究中，科研人員對(duì)項(xiàng)目難度的預(yù)估值低于其實(shí)際所面臨的難度，這一現(xiàn)狀致使美國(guó)國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃署關(guān)于人工智能的合作計(jì)劃以失敗告終。而這個(gè)時(shí)候，社會(huì)輿論的壓力也逐漸向人工智能不斷逼近，使很多本來(lái)打算用于人工智能的研究經(jīng)費(fèi)被轉(zhuǎn)到了其他類型的項(xiàng)目上。

人工智能迎來(lái)第一次崛起是在1980年，Carnegie Mellon為數(shù)字設(shè)備公司設(shè)計(jì)了一套“專家系統(tǒng)”，卡內(nèi)基梅隆大學(xué)給其取名為XCON，這是一種“知識(shí)庫(kù)+推理機(jī)”的組合，其主要應(yīng)用的技術(shù)就是人工智能程序所開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)，XCON是一套計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，它具有非常完備的計(jì)算機(jī)專業(yè)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)。但在維持7年的熱潮以后，人工智能的發(fā)展再一次回到了原點(diǎn)，專家以及學(xué)者都沒(méi)有預(yù)想過(guò)人工智能的發(fā)展周期不到十年又再一次落寞，這一次人工智能再一次被掩埋。而后從1991年開(kāi)始，隨著人工智能技術(shù)在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方面的不斷發(fā)展，才使人工智能再次出現(xiàn)在人們的視野中，也使得人工智能技術(shù)進(jìn)入了平穩(wěn)發(fā)展時(shí)期。

隨著時(shí)間的推移，人工智能不斷地出現(xiàn)在大眾的視野中，越來(lái)越多的互聯(lián)網(wǎng)公司紛紛加入到人工智能的浪潮中，為爭(zhēng)取在人工智能領(lǐng)域的領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)而互相展開(kāi)“廝殺”。這場(chǎng)“戰(zhàn)役”不僅使人工智能在市場(chǎng)中有了一席之地，同時(shí)也使得人工智能的發(fā)展更加地順暢。直到今天，人工智能依舊在以一種“流星”式的速度在發(fā)展。

2 嵌入式技術(shù)

自1956年以來(lái)，人類歷史上出現(xiàn)了第一臺(tái)現(xiàn)代意義上的電子計(jì)算機(jī)ENIAC，計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)生了比較大的變化。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，計(jì)算機(jī)技術(shù)也在不斷發(fā)展，使其在我們的生活中無(wú)處不在；同時(shí)，嵌入式技術(shù)也在科技發(fā)展的浪潮中迅速地成熟，逐步加入到人們生活與工作中。

嵌入式即嵌入式系統(tǒng)，美國(guó)電氣和電子工程師協(xié)會(huì)把它定義為一種裝置，該裝置用于控制和操作機(jī)器和設(shè)備，其屬于一種專門用于某一方面的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)目前應(yīng)用的領(lǐng)域比較廣泛，例如：手機(jī)、錄音機(jī)、汽車、電腦等，這些設(shè)備都有一個(gè)共同的特點(diǎn)，就是都帶有接口，因此都使用了嵌入式系統(tǒng)。

所謂嵌入式就是將所需技術(shù)嵌入一個(gè)依托體中，其一般需要三個(gè)要素，首先是嵌入的技術(shù)或者可以說(shuō)是“實(shí)體”；其次是平臺(tái)，將嵌入的“實(shí)體”放入一個(gè)平臺(tái)中來(lái)發(fā)揮它的價(jià)值；再次是接口，需要一個(gè)平臺(tái)和技術(shù)相關(guān)聯(lián)的接口，這三個(gè)要素才真正的組成了嵌入式系統(tǒng)。

嵌入式通用指令集的作用和PC指令集一樣，其一般授權(quán)主要來(lái)自于Arm、Mips等國(guó)外大型企業(yè)，它是作為一些通用計(jì)算和任務(wù)調(diào)度所存在的，它的性能和功耗之比很低。如果嵌入式僅僅依靠通用指令集做運(yùn)算，那它的功耗、性能和PC巨頭X86指令集相差無(wú)幾，不能體現(xiàn)出嵌入式的優(yōu)勢(shì)。因此，各大芯片廠商在通用指令集周圍增加各種行業(yè)專用的IP核來(lái)實(shí)現(xiàn)更專一更高效的功能。而上層軟件開(kāi)發(fā)就會(huì)因?yàn)檫@些不通用的指令集變得比通用指令集的開(kāi)發(fā)更為繁瑣，因?yàn)榍度胧街噶罴牟煌ㄓ眯?，大大提高了嵌入式開(kāi)發(fā)的復(fù)雜程度。

3 嵌入式人工智能的應(yīng)用及未來(lái)發(fā)展

嵌入式人工智能不同于原有的人工智能，原有的人工智能需要進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)，把數(shù)據(jù)提交到云端數(shù)據(jù)中心進(jìn)行計(jì)算，然后將計(jì)算結(jié)果返回。嵌入式人工智能，其可以不用連接互聯(lián)網(wǎng)，數(shù)據(jù)可以直接進(jìn)行實(shí)時(shí)的人機(jī)交互和控制。

目前，嵌入式在移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)控制、智慧城市等方面應(yīng)用廣泛；同時(shí)，在可穿戴設(shè)備、智慧交通、生物仿真、智能農(nóng)業(yè)等方面也應(yīng)用廣泛。市場(chǎng)的主要驅(qū)動(dòng)力是嵌入式人工智能在各種終端用戶垂直領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越多。隨著對(duì)自然語(yǔ)言進(jìn)行處理所用到的技術(shù)的不斷改進(jìn)而推動(dòng)了大眾的消費(fèi)，出現(xiàn)了嵌入式人工智能機(jī)器人和支持嵌入式人工智能的智能手機(jī)等新的領(lǐng)域。

從PC時(shí)代到手機(jī)時(shí)代以來(lái)，用戶接口都是透過(guò)屏幕或鍵盤來(lái)進(jìn)行互動(dòng)。隨著智能喇叭、自動(dòng)駕駛系統(tǒng)等新技術(shù)逐漸進(jìn)入人們的生活中，在不需要屏幕的情況下，人們也能夠輕松自在地與運(yùn)算系統(tǒng)溝通。這表明嵌入式人工智能通過(guò)自然語(yǔ)言處理和機(jī)器學(xué)習(xí)，使技術(shù)更加直觀、更易于操作，并將在未來(lái)的用戶界面和用戶體驗(yàn)上取代屏幕。嵌入式AI除了在企業(yè)的后端發(fā)揮重要作用外，還可以在技術(shù)接口方面發(fā)揮更重要的作用。嵌入式人工智能讓界面更簡(jiǎn)單、更智能，為未來(lái)的交互設(shè)定了高標(biāo)準(zhǔn)。

在未來(lái)的發(fā)展中，嵌入式人工智能將結(jié)合很多技術(shù)一起使用。如AR，AR在未來(lái)離不開(kāi)嵌入式人工智能；同時(shí)，嵌入式人工智能也離不開(kāi)AR，用一個(gè)形象地比喻，AR相當(dāng)于一個(gè)人，而嵌入式人工智能相當(dāng)于人的心臟，兩者缺一不可。嵌入式人工智能和AR的結(jié)合，就是為機(jī)器人虛擬出一個(gè)不存在的世界讓機(jī)器人學(xué)習(xí)，這整件事情本身就是虛擬的。要做到這一點(diǎn)，需要更多更先進(jìn)的新技術(shù)。在將來(lái)會(huì)出現(xiàn)更多的處理器為特定領(lǐng)域提供更強(qiáng)大的功能，但是其CPU是通用的，可以在任何場(chǎng)景中使用。而此時(shí)嵌入式人工智能就可以結(jié)合CPU，把功能發(fā)揮到最大。

4 嵌入式人工智能面臨的機(jī)遇和挑戰(zhàn)

4.1 人工智能嵌入式技術(shù)帶來(lái)新的機(jī)遇

在當(dāng)今社會(huì)中，大眾的生活越來(lái)越離不開(kāi)人工智能的發(fā)展，因此人工智能產(chǎn)業(yè)給嵌入式技術(shù)帶來(lái)了許多的機(jī)遇。目前，在大眾的生產(chǎn)生活中，城市交通、醫(yī)療服務(wù)和物流服務(wù)等都有人工智能的影子。隨著人類生活水平的提高，生活質(zhì)量的要求越來(lái)越高，此時(shí)人工智能作為奠基石，為嵌入式技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展提供了平臺(tái)。例如，在目前的生活中，逐漸智能化的火車站自動(dòng)售票機(jī)，應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域的人臉識(shí)別系統(tǒng)、智能居家機(jī)器人、智能冰箱、交通監(jiān)控、無(wú)人駕駛汽車等都是典型的嵌入式人工智能技術(shù)的產(chǎn)物，人工智能的發(fā)展規(guī)模為嵌入式的發(fā)展提供了機(jī)遇。

嵌入式發(fā)展至今已經(jīng)有40多年了，目前其發(fā)展相對(duì)平穩(wěn)，在其發(fā)展的每一個(gè)階段，嵌入式技術(shù)都會(huì)出現(xiàn)一次質(zhì)的飛躍。

4.2 人工智能對(duì)嵌入式技術(shù)提出新的挑戰(zhàn)

第一，深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)計(jì)算能力和資源的要求較高，這必然導(dǎo)致系統(tǒng)功耗的增加。如何平衡計(jì)算性能和能量消耗是一個(gè)很大的挑戰(zhàn)，需要依靠有限的計(jì)算能力和存儲(chǔ)資源來(lái)充分發(fā)揮神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的功能并保證其準(zhǔn)確性。

第二，在某些情況下，多個(gè)智能設(shè)備需要與邊緣設(shè)備甚至云端設(shè)備協(xié)作。如何動(dòng)態(tài)的調(diào)度邊緣端和設(shè)備端的任務(wù)、如何實(shí)現(xiàn)設(shè)備間的任務(wù)協(xié)作，也為嵌入式人工智能帶來(lái)了不小的挑戰(zhàn)。

第三，嵌入式的人工智能設(shè)備，不但具有自主學(xué)習(xí)能力還具有執(zhí)行能力，一旦這些設(shè)備受到攻擊，會(huì)導(dǎo)致非常嚴(yán)重的安全威脅。智能嵌入式系統(tǒng)的傳感器、數(shù)據(jù)和學(xué)習(xí)方法容易受到攻擊，如何防范這些攻擊是系統(tǒng)面臨的安全挑戰(zhàn)。