边缘AI

第 2 章. 现实世界中的边缘人工智能

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现在，我们已经对边缘人工智能的含义有了基本的了解，并从理论上认识到它是一套有用的技术。在接下来的章节中，我们将看到理论与现实世界的结合。首先，我们将考察一些目前已投入使用的实际产品。然后，我们将探讨边缘人工智能产品的主要应用领域。最后，我们将进一步了解使任何产品取得成功所需的道德考量。

边缘人工智能的常见应用案例

正如我们在上一章中了解到的，边缘人工智能对于拥有大量传感器数据但缺乏计算能力或连接能力的设备尤为重要。幸运的是，这些情况几乎随处可见。

在现代城市中，我们总感觉离电源插座或无线接入点很远。但即使有高带宽的网络连接和可靠的电源，限制设备的通信和功耗也有巨大的优势。正如我们在《了解边缘人工智能的优势，只需 BLERP》一文中所看到的，对便携性、可靠性、隐私性和成本等理想功能的追求，可以推动产品开发，使设备在设计上尽量减少连接和能源的使用量。

尽管我们的互联网看似遍布全球，但地球上仍有许多地方在连接或电力方面受到限制。在撰写本报告时，地球上有 50%的土地相对来说尚未受到人类开发的影响。地球表面只有一小部分有手机或无线网络覆盖，数十亿人没有可靠的电力供应。

但除了明显偏远的地区外，在我们最发达的地区也有很多隐蔽的角落属于此类。在我们的现代工业供应链中，有些地方为嵌入式设备提供硬接线直流电源是不切实际的，因此高效的电池供电设备就成了最佳选择（见图 2-1）。

图 2-1. 地球上很多地方都需要电池供电

与此同时，传感器正变得越来越便宜、越来越精密、越来越省电。通常情况下，即使是简单的嵌入式设备也会配备功能强大的传感器，但由于难以将数据从系统中取出进行远程处理，这些传感器仍然没有得到充分利用。例如，设想一个使用加速度计计步的基本健身可穿戴设备。即使是这种简单的设备，也可能配备了灵敏的多轴加速度计，具有非常高的采样率，能够记录最细微的动作。除非该设备的软件具备解读这些数据的功能，否则大部分数据都会被丢弃：将原始数据发送到其他设备进行处理会耗费大量能源。

绿地和棕地项目

上述情况为部署边缘人工智能提供了几乎无穷无尽的机会。在实践中，将这些机会分为两类可能会有所帮助：绿地（greenfield）和棕地（brownfield）。这些术语借用自城市规划。绿地项目是指在尚未开发的场地上进行的项目，该场地仍是一片绿草如茵。棕地项目则是在已经开发的场地上进行，可能会有一些现有的遗留基础设施。

在边缘人工智能领域，"绿地 "项目是指硬件和软件从头开始一起设计的项目。由于没有现成的硬件，绿地项目可以利用计算和传感领域最新、最先进的创新技术--我们将在本章后半部分进一步了解这些技术。开发人员有更大的自由度来为他们试图针对的用例设计理想的解决方案。例如，现代手机的设计包括专用的低功耗数字信号处理硬件，这样就能持续监听唤醒词（如 "OK，谷歌 "或 "嘿，Siri"），而不会耗尽电池。硬件的选择要考虑到特定的唤醒词检测算法。

相比之下，"棕地 "边缘人工智能项目从现有硬件开始，而这些硬件最初是为不同目的而设计的。开发人员必须在现有硬件的限制下工作，为产品带来人工智能功能。这虽然降低了开发人员的自由度，但却避免了设计新硬件所带来的重大成本和风险。例如，开发人员可以利用设备现有嵌入式处理器的空闲周期，为已上市的蓝牙音频耳机添加唤醒词检测功能。这种新功能甚至可以通过固件更新添加到现有设备中。 ...