解析嵌入式技术和物联网的发展趋势

2020年伊始，一场突如其来的新冠疫情爆发，让人们生产和生活方式发生了巨大的变化，催生远程办公、智能生产、智慧零售、智慧城市和智慧健康蓬勃发展，大数据和人工智能（AI）在疫情追踪上发挥关键性作用，疫情让物联网（IoT）势头猛增。另外一个方面，政府将IoT纳入国家新基建的重要组成部分，定义为未来数字经济的基础设施。IoT和AI将引领嵌入式系统走向智能物联网（AIoT）。

人工智能落地、嵌入式系统唱主角

从电子信息产业趋势看，以自动驾驶、智能机器人和智慧安防为代表的AIoT正在成为新一轮科技创新制高点。5G布置将大大提升端侧智能，助力AIoT 发展。云端AI在向边缘AI和端侧AI 演进的路线愈来愈清晰，嵌入式系统正在成为AI落地的重要承载平台。

背靠云计算的“算力”，IoT带来的“大数据”和超智慧AI的“算法”， 三大要素汇集到AI芯片，将成为新一代嵌入式系统的灵魂。针对嵌入式系统开发高效低耗AI 芯片，尤其是SoC 型的AI芯片将继续是2021年处理器芯片设计的热点。

ARM在高端嵌入式AI 处理器上占据优势，RISC-V在低端 IoT芯片已有所收获，最近新品不断推出，中端成为双方博弈主要战场。ARM 推出了Cortex-M55，M55增加一个 AI Helium技术，该技术可用于Cortex-M内核的M-Profile矢量扩展，为其提供高达15倍的机器学习性能和高达5倍的信号处理能力，M55是一款为AI/ ML设计的内核。2020年Arm中国自主研发的神经网络处理IP- 周易AIPU，全志已有基于周易的R329AI芯片发布。

2021年RISC-V 阵营的RV64 内核处理器会有更多的芯片亮相，全志基于玄铁C906的RV64芯片，可运行Debian Linux系统。嘉楠科技第二代AI芯片K510投片，算力3TOPS功耗仅3W，瞄准中高端AI市场。芯来科技最近也首发了900系列64位RISC-V IP，该IP针对高性能嵌入式和实时控制处理器市场。

嵌入式AI市场，选择何种AI 芯片，不仅要看芯片本身，更要看软件和生态环境。目前，GPU 在通用AI训练上占据优势，而SoC在嵌入式端侧推理上更为常见，国产芯片这个领域有一定优势，2021年将有更多的SoC AI芯片进入市场。

32位MCU提速、国产芯片步入快车道

2020年32位MCU需求旺盛，传统的8位MCU正在被性能更高、存储容量更大、外设更多、价格便宜的国产32 MCU 替代。以灵动和航顺为代表国产MCU企业的M0内核芯片势头正旺。欧美的疫情反复，芯片产能减少，国外芯片交货大大延迟，价格上涨，而全球消费和健康电子产品需求不降反升；风云突变的国际政经环境，使得国产芯片获得了产业界广泛接受和政策的支持，这些都让国产MCU 步入发展的快车道。兆易创新GD32 MCU已有 28个产品系列370余款产品型号提供了广泛的覆盖度，满足全球2万多家客户不同的开发设计需求，自2013年问世累计5亿出货量。

乐鑫科技CEO张瑞安在腾讯物联网论坛指出2 021年ESP32 IoT MCU两个方向：一是ESP32-S该芯片内置AI加速器，适合于应用场景复杂，智能化程度更高的产品设计；二是ESP32-C，该芯片基于RISC-V内核，保证RF和安全基础上，成本大幅度降低，满足各类基本IoT产业需求。以乐鑫在全球200多国家数以亿计的产品基础，这个市场趋势判断应该是准确的。

以乐鑫、芯海、华大和天健为代表的国产MCU在IoT、信号链和电机MCU的兴起，芯旺微在汽车MCU市场深耕，极海和国民在工业和安全MCU的初试，让中国企业在擅长的应用为导向的市场上，继续成本优势的地位之后，向欧美企业主导的工业市场进军。当然最后比拼的结果，还是看MCU企业设计实力和长期角逐的耐力。

开发者生态一直是国产MCU的短板，发展自己的生态系统是国产MCU 走出价格竞争漩涡，走向世界市场的阳光之路。随着国产软件和操作系统的崛起，中国走出疫情恢复正常的生产生活，国际产业界看好中国MCU企业发展势头，2021年将是国产MCU生态建设红红火火的一年。

物联网操作系统风再起、云再涌

腾讯推出物联网终端操作系统 TencentOS tiny，中国移动推出轻量级的物联网操作系统OneOS，微软推出Azure RTOS，小米推出物联网软件平台小米Vela，Google的Fuchsia OS也在做着各种云、边、端的技术调整和创新。各家IT巨头都试图通过软硬件结合带来的连贯用户体验，打通从服务器、桌面、移动端、物联网的整个AIoT产业生态。

2020年中美关系的巨大变化带来很多不确定因素， 华为逐步推出各款鸿蒙操作系统（0S）。2020年底，华为按计划发布鸿蒙OS手机测试版（坊间称为富鸿蒙），这说明华为在手机OS积累已久，顺利的话，可以立竿见影看到效果。物联网端鸿蒙OS（坊间称为轻鸿蒙），部分代码开源，围绕鸿蒙的IoT生态建设可不是一朝一夕之功。鸿蒙OS强调的“一次开发，多端部署”，比如手机开发后直接部署在智能手表和智能电视或者智慧屏这两个平台上。华为利用OS软件的分布式和设备虚拟化特性，实现基于鸿蒙OS的智能化环境，就已经可以给产业界带来示范性作用，或许大家不必太在意鸿蒙OS内核本身。

2021年围绕AIoT的物联网操作系统将在车联网、智能驾驶、智能家居和可穿戴设备领域发力，RT-Thread 开源了微内核的RT-Thread Smart，希望借此进入汽车电子市场，在2020年底的RT-Thread开发者大会上发布了澎心可穿戴OS，更可谓是生逢其时颇受好评。老牌的RTOS公司 QNX在中科创达年会上展示了QNX hypervisior+ Android 量产车型的仪表盘实物，这让国内同行有机会近距离了解QNX 。微内核、虚拟化、分布式、安全性、多核异构等技术是未来智能物联网操作系统（AIoT）技术演进的重要方向。

结语

北极光创投创始管理合伙人在WISE2020 新经济之王大会主题演讲中说，“中国最强的优势就是软件和硬件的结合，硬件产业链+软件快速迭代的能力，使得中国软硬结合，无论是消费类还是企服类企业，都会在全世界具有非常强的竞争力”。嵌入式系统是典型软硬结合技术和产品，在全球，嵌入式系统有着广泛生态基础和创新基因，嵌入式系统即可以帮助新技术落地，还能赋能传统产业升级换代。

有人说三张互联网反垄断罚单，宣告一个时代终结，但互联网巨头拓荒IoT市场的步伐看不到任何减慢的迹象。在错综复杂的2021年，传统嵌入式与物联网产业面临巨大的挑战。从芯片-模组-板卡-软件-设备-系统的整个产业链每个环节均应该提升自身的价值，创新与标准是有力武器。边缘与端侧AI 就是很好的一个案例，让AI落地在端侧，这可以大大加重嵌入式与物联网设备的价值。打造IoT与AI标准，建立和互联网巨头的互信通道，探索与大象共舞之道是2021年嵌入式与物联网产业界应该思考与行动的课题。
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