嵌入式技术正朝着更快、更紧凑、成本更低的方向快速发展。一台搭载图形处理单元（GPU）的超级计算机可以只用一只手拿着，价格还不到100美元。它可以用于人工智能开发和机器学习——可控制车辆的AI模块现在已经安装在自动驾驶汽车中。现在我们来看一看2021年嵌入式技术的五大趋势。
根据Grand View Research的研究结果，2025年的物联网市场规模将达到1万亿美元。这个数字意味着大量的连接，它将改善我们生活的许多领域，包括制造、零售、能源、智慧城市、医疗保健、交通等。制造领域提出的工业4.0可能会首先获益。通过物联网实现的预测性维护、实时数据监测和报告，使智能工厂能够以更低的成本生产更多的产品。
随着5G时代的到来，传输速度提高到了20Gbps，未来6G的速度会更快。随着低功耗广域网（LPWAN）的出现，利用来自NimbeLink、Sequans、MultiTech、Elektronik、Digi和Telit等供应商的芯片和设备，无线连接的爆炸性增长还将继续加速。物联网将无处不在。
图1：我们期望AI出现在每一个嵌入式设计中。
多核处理器性能更佳，例如大家都熟悉的8核或16核处理器，因为它可以让每个内核都专注于执行各自的计算任务，如图形处理。英特尔和AMD最近都在推广128核处理器，而IP公司Arm已将基于5nm节点的192核处理器开发列入其发展蓝图，决意超越所有对手。难怪GPU领导者英伟达要以400亿美元的价格收购Arm了。
所有人都对5G网络即将带来的超级速度趋之若鹜（目前已知其下行速率达到了10Gbps，而4G LTE的速率仅为0.5Gbps）。处理器、互联网和系统不是更快，而且超快。
另外，量子计算的使命就是为科学研究和机器学习提供非常快速的计算能力。解决相同的问题，量子计算可以在几秒内完成，而传统计算机则需要几天时间。量子计算方法不再使用传统的位（bit）来表示状态0或者1，而是使用量子位（qubit）同时表示0和1。
量子计算的速度很快，因此测量量子位很困难。近日，芬兰阿尔托大学的一个团队已经实现了使用极少的能量来测量量子位，这很可能推动此技术的发展。
控制量子位将会通过的路径是另一个挑战。据美国麻省理工学院和美国纽约城市大学的研究人员报告，在氮化铝光子IC平台中可以产生和直接集成量子发射器。
毫无疑问，量子计算将在提高计算速度方面发挥重要作用，但广泛应用还需要几年时间。
网络攻击愈加频繁，而且极具破坏性，带来了更大的危险。例如今年春季新冠肺炎蔓延期间，世界卫生组织称其遭受的网络攻击比去年同期增加了五倍。还有众所周知的乌克兰电网攻击事件导致200,000名用户停电，对人们的日常生活造成了极大的影响，而这并不是一个孤立的事件。
恶意软件花样繁多，例如在勒索软件攻击中，黑客劫持系统，要求受害者必须支付赎金才能重新得到系统控制权。勒索软件黑客越来越狡猾，也越来越贪婪。他们攻击企业、政府机构，甚至医院。
2020年9月，网络攻击直接导致了德国一名患者死亡。这名患者当时需要紧急医疗救护，但是当救护人员争分夺秒将她送至杜塞尔多夫医院时，医院正遭到勒索软件攻击，因而无法得到及时救助。该患者后来被转往20英里外的另一家医院，但为时已晚。这是第一例因勒索软件攻击而造成的悲剧，可能不是最后一例。
现在建立的连接比以往更多，加上更高的5G速度，这类攻击可能会更加频繁。为了应对这一问题，各组织都在努力加强网络安全。预计到2025年，因为增强网络安全而带来的收益将达到2540亿美元。目前嵌入式安全软件和硬件呈指数级增长，新的硬件设计中越来越多地采用Infineon、Microchip、ST、Micron、Winbond等公司的内置安全芯片。
网络攻击和反击之间的斗争将不断加剧。
图2：Microsoft HoloLens混合现实智能眼镜。（图片来源：Microsoft）
开发3D虚拟现实最初是要应用于游戏，但现在VR及其衍生产品已经发展为一项严肃并能带来盈利的业务。原来的VR概念已经演变为增强现实（AR）、混合现实（MR）以及扩展现实（XR），并进入一系列工业和商业应用中。
AR非常适合用来做培训。例如，用户佩戴着透明的目镜，有关设备维修步骤的说明信息显示在棱镜上。MR则更先进，可以让用户看到实际情况和其他可能的场景，将实际图像与创建的图像混合在一起。而XR则是终极应用，可以投射类全息影像，看起来就像真实的物体一样。例如，XR可以为远程会议提供新的维度，使其更加接近现实。与传统的视频会议不同，如果使用XR，与会人员的影像将出现在用户面前，就像正在召开面对面的会议一样。
VR可以提高生产率，其应用范围很广，包括医学、制造、培训和娱乐。例如，实习医生需要积累实际动手的经验，这种机会即使不难找到，实地操练的成本也会很高。借助VR，就可以让医学实习生进行模拟练习，而不必让真正的患者来承担风险。
涉足VR研发的大公司包括Microsoft、Google和Intel等，预计未来几个月将出现VR创新和新的机遇。例如，随着新冠疫情的蔓延，如果不能与同事面对面交流，类全息虚拟会议可能是最好的选择。
随着人工智能逐步进入实际应用（机器学习），越来越多的嵌入式设计将包含人工智能。目前AI几乎可应用于所有细分市场，包括零售、医疗保健、自动驾驶、电子商务、制造业、供应链、工业控制、娱乐及银行等。
例如，AI系统可以配备摄像头，以确保工人在作业中穿戴适当的防护装备。配备物联网和人工智能的智能工厂可以进行实时监控，由AI做决策以避免操作错误，从而提高生产率。长远来看，人工智能还可以做更多事。对未来工厂的一个设想是，可以利用AI和机器人现场重构生产设施，以生产其他产品。例如，今天生产医疗设备的装配线，明天就能用于生产可穿戴智能手表。
AI还可以使银行业务和其他交易更加安全。Flowchain是总部位于台湾的开源区块链组织，它提出了一种将IoT、AI和区块链技术相结合的方法，用以创建更安全的数据挖掘方法。区块链是一种可以保证安全的新型电子账本解决方案。在处理一项事务时，所有关联者都会收到通知，在各方都同意后才能进行处理。
英伟达与VMware就人工智能的开发进行了合作，VMware是一家软件公司，帮助工厂连接到多云（Multi-Cloud）平台。这对合作伙伴打算为AI提供端到端的企业平台。而英特尔则与海德堡大学计算机中心携手并进，力图追上现在的领导者英伟达。
与此同时，越来越多的AI硬件价格开始降低。英伟达最近推出了一款重新封装的GPU模块，价格仅59美元，预计很快就会发售。这款小型模块提供了多种I/O接口，包括USB、HDMI和千兆以太网，支持开源项目。
AI初创公司Hailo最近也推出了一款AI加速模块，该模块采用他们自己的Hailo-8芯片，欲与Google和Intel竞争。
AI的应用场景只有想不到，没有做不到。随着AI硬件价格的不断下降，嵌入式设计也有望增加AI功能。
图3：英伟达的Jetson Nano 2GB。（来源：英伟达）
新冠疫情迫使我们从不同视角重新审视一切。部分行业被彻底颠覆，而且可能永远不会恢复。旅游和娱乐行业也一直在挣扎着重塑自身，但其中一些企业已经被迫永久关闭。然而，远程医疗行业却发展蓬勃，部分原因是新型医疗设备实现了医生与患者的在线连接，现在患者可以在家中测量生命体征并远程传送给医生。
疫情可能改变了技术发展的方向，但嵌入式技术仍将持续发展。展望未来，我们期望看到无线连接的爆炸式增长、更快的嵌入式处理、更多的网络攻击解决方案以及更高级的VR，期望AI出现在每一个嵌入式设计中。
（本文授权编译自EDN姐妹网站EETimes欧洲网站，原文参考链接：Top Five Critical Trends in Embedded Technology，由Jenny Liao编译）
本文为《电子技术设计》2020年12月刊杂志文章，版权所有，禁止转载。免费杂志订阅申请点击这里。
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