身处边缘：边缘人工智能如何推动技术变得更快、更智能、更安全
本帖最后由 STM新闻官 于 2025-10-24 02:36 编辑边缘人工智能（Edge AI），指将人工智能（AI）直接部署在数据源附近的设备上，可在本地而非云端对数据进行处理与分析，它正重塑智能融入日常设备的方式。通过在本地处理数据而非依赖云端，边缘人工智能不仅提升了速度、安全性与效率，更为新应用打开了大门，从工业传感器、智能基础设施，到医疗设备与消费电子产品，其应用场景正不断拓展。
本文将探讨边缘人工智能、“微型边缘”系统何以成为关键前沿技术，以及随着数十亿联网设备逐渐具备自主“思考”能力，开发者需要考虑的关键因素。
边缘人工智能助力构建更智能、更安全的设备与应用生态
大规模人工智能工作负载需要庞大的数据中心资源支撑，但对于规模较小的工业与消费类应用，比如厨房中的智能冰箱、工厂的自主机器人，亦或医疗设备而言，将所有数据与推理过程全量上传至云端，既不经济，也难以持续。依托边缘人工智能，本地推理、超低延迟及轻量化传输负载的落地成为可能，我们在构建AI应用时，能在数据隐私安全、成本控制、能效优化三大维度实现显著提升。其中许多应用程序还将利用边缘AI的能力，在网络连接有限甚至无网络的情况下，无需将数据传输至云端即可正常运行。通过本地数据处理，AI应用得以延伸至全球新兴的偏远地区，让智能服务触达更广泛场景。
如今，我们已经看到边缘AI为智能建筑、资产追踪及工业应用带来显著的效率提升。例如，工业传感器与微控制器中嵌入了边缘AI，可实现更快的故障检测，增强预测性维护能力，通过识别设备状态何时会发生变化，在故障发生前向工作人员发出警报，或自动触发补救措施。下一代具备边缘AI能力的硬件产品，将影响各行各业，从工业领域到医疗健康，再到汽车行业与消费电子。这类产品将带来双重核心价值：一方面是安全性升级，人工智能子系统从初始设计阶段就被纳入安全架构；另一方面是增强数据隐私保护，数据在收集、处理与分析的整个过程，都仅仅存储在设备本地。
在边缘端赋能智能嵌入式系统的发展推动边缘人工智能（Edge AI）融入设备架构，催生了我们所说的“微型边缘”（Tiny Edge）。这指的是小型、资源受限的设备，它们直接在边缘侧、在设备内部处理人工智能和机器学习模型，包括微控制器和嵌入式传感器，能以极低功耗、低延迟实现实时数据处理。微型边缘领域已出现一类新型软硬件方案，让在设备内部执行AI运算成为可能。借助这一设计，从一开始就在架构中嵌入AI能力，“信号”本身可直接转化为“数据”，无需浪费资源对其进行转换后再传输至云计算资源。支持微型边缘人工智能的传感器直接从设备运行的环境中收集数据，并能利用芯片内CPU或NPU单元生成结果。例如，在太阳能发电场中，太阳能电池板内置的传感器能精准检测电力管理系统中附近的电弧故障，并将故障信息发送给相关的微控制器。一旦出现极端电压，这些微控制器便会自动触发停机安全机制，避免电气火灾发生。在智能家居中，手势识别是嵌入在电灯开关或遥控器中的小型边缘设备的理想应用场景；而智能电表则能学习用电模式，并在本地优化能源管理；在车辆领域，传感器可为安全防护发挥关键作用，例如识别驾驶员是否分心状态。极低延迟在此类场景中至关重要。在医疗健康领域，一方面，可穿戴设备的功能不断增强，已能监测更多种类的生物信号并及时做出响应；另一方面，日益便携的医疗设备也将具备更高的智能。例如，便携式超声仪与血液化学分析仪会运用微型边缘AI，直接在设备端完成现场快速诊断，无需依赖云端传输。尤为关键的是，在这些诊断场景中，患者数据全程存储在本地，不会上传至外部平台，从源头保障了数据隐私与使用安全。
未来几年，微型边缘AI将加速渗透，嵌入到几乎所有类型的系统与设备中。据分析机构ABI Research预测：到2030年，工业、智慧城市、消费电子这三大领域，将出现25亿台微型边缘AI设备。这类技术的潜在应用场景更是数不胜数，针对这一机遇的研发投入显著增加。
构建边缘人工智能平台为了抓住这一机遇，产品开发人员必须首先考虑提供给边缘设备的数据的质量和类型，因为这直接决定着支撑工作负载所需的处理能力、软件与硬件配置。部分应用将受益于带有AI加速单元的加速微控制器，它们可支持并运行对性能要求更高的神经网络算法与复杂边缘AI处理；在另一些应用场景中，通用超低功耗微控制器（MCU）所支持的小型AI模型，已能满足需求。例如，音频与视频信息复杂度极高，需依托深度神经网络架构进行数据分析。另一方面，处理文本和图像生成的数据时，要求相对较低，因此开发者可以在资源受限或超低功耗、低延迟的设备中，运行微型AI算法。此外，根据具体的算力需求确定所需设备类别也很关键。在许多场景下，“轻量化”是“优选项”，运行更轻量的微型边缘AI模型，能有效提升设备能效与电池续航。
一个支持边缘人工智能的世界市场需求已然存在：边缘AI已在改变产品开发模式，重新定义“有价值技术”的评判标准，同时还能赋能更多个性化预测功能、增强安全性、提升情境感知能力。未来几年，这类边缘AI将成为核心支撑，助力多数技术充分释放“日常实用价值”。
嵌入AI的微型边缘设备，其开发进程正持续加速，应用场景也极为广泛，从集成数百万智能传感与控制单元的智能公共基础设施，到医疗领域通过无创可穿戴设备实现的远程患者监测，都能看到它的身影。如今，这类设备已开始从多个维度改善人们的生活，而用户甚至没有意识到其中涉及人工智能。与此同时，包含开发工具、硬件平台及软件资源的更广泛生态系统已搭建完成，能为产品开发者的创新想法和愿景提供支持。针对不同场景，边缘AI可作为核心技术载体，为常用设备挖掘并释放更多实用价值。
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