作者：Arm 架構(gòu)與技術(shù)部安全設備生態(tài)系統(tǒng)總監(jiān) David Maidment

從今年四月德國 embedded world 展會上的主題就不難看出，邊緣人工智能 (AI) 及物聯(lián)網(wǎng)中關(guān)于 AI 應用程序的持續(xù)發(fā)展成為了熱議話題。

目前的互連設備總量已達到數(shù)十億，其中許多都具有先進 AI 計算的需求，這一數(shù)字預計到 2030 年將翻倍，達到 300 億[1]。與此同時，AI 推理也將呈指數(shù)級增長（該推理是指利用經(jīng)訓練的模型對新的現(xiàn)實世界數(shù)據(jù)進行預測或決策的過程），這將導致數(shù)十億個獨立端側(cè)設備上處理的個人數(shù)據(jù)量達到前所未有的量級，而每個終端設備的數(shù)據(jù)都需要被保護。

雖然存在計算和安全性的挑戰(zhàn)，但整個技術(shù)行業(yè)已達成共識 —— 盡可能在邊緣（設備）或本地服務器上進行數(shù)據(jù)處理。這將為企業(yè)和用戶帶來以下優(yōu)勢：

更低延遲：邊緣 AI 減少了一切都要在云端處理的需求，這對于汽車和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)等安全優(yōu)先型的應用而言尤為重要，因為計算處理的延遲可能會導致潛在的毀滅性后果。

更高可靠性：邊緣 AI 消除或減少了對集中式云端往返連接的依賴。

更低成本：在保持高帶寬連接的前提下，在云端與邊緣側(cè)間來回傳輸大量數(shù)據(jù)的成本，要比直接在邊緣側(cè)處理少量數(shù)據(jù)更高。

更高隱私性：邊緣 AI 意味著個人數(shù)據(jù)可以保留在設備上，能更好地對數(shù)據(jù)訪問者進行管控。

更強安全性：邊緣 AI 代表著對云端的擴展，而在邊緣設備的整個生命周期內(nèi)，必須確保遵守新出臺的網(wǎng)絡法規(guī)，例如 EU-CRA、NIST 和 UK-PSTI 法案。

為了滿足大規(guī)模部署 AI 的需求，邊緣計算必需不斷發(fā)展。而“邊緣計算的持續(xù)發(fā)展”促進了對硬件和軟件異構(gòu)性、順暢開發(fā)和規(guī)模化安全性三方面的需求。這三方面又將為重要的計算趨勢提供支持，從而使整個技術(shù)生態(tài)系統(tǒng)受益，包括“與云類似”的開發(fā)方法、模塊化軟件、廣泛的協(xié)作，以及消除不必要的碎片化風險。

邊緣側(cè)的硬件和軟件異構(gòu)性

邊緣 AI 的計算要求會因不同用例而異。有些應用程序經(jīng)過調(diào)式以實現(xiàn)最低功耗，例如延長電池續(xù)航時間，而其他應用程序則需要大量的計算來支持密集型工作負載。積極采納底層硬件和軟件工作負載的異構(gòu)性至關(guān)重要。Arm 架構(gòu)作為全球最多樣化、普及性最高和安全性的代表，被廣泛應用于各種邊緣設備和不同用例中，可說是硬件異構(gòu)性的基礎(chǔ)。這對開發(fā)者而言尤為重要，因為應用程序能夠訪問盡可能廣泛的硬件是他們所希望的。此外，這還能支持開發(fā)者針對特定的 AI 用例選出最佳解決方案。

擁抱這種異構(gòu)性就需要模塊化軟件，以便盡可能跨不同供應商的不同硬件平臺進行無縫運行。目前面臨的挑戰(zhàn)在于，在很多情況下，互連設備都帶有各供應商特有的定制軟件層，而這些軟件層在長達數(shù)十年的部署過程中需要持續(xù)進行維護和更新。這種特定供應商的做法會導致高昂的管理成本，并帶來安全漏洞。通過采用模塊化軟件，供應商可以專注于差異化和增值，并通過重復使用標準軟件組件（例如主流操作系統(tǒng)和底層固件）來優(yōu)化設備維護成本。

順暢開發(fā)

盡可能復用軟件是邊緣 AI 順暢開發(fā)的一大關(guān)鍵。無需從頭開始為單個互連設備創(chuàng)建新軟件，取而代之的是，在整個生態(tài)系統(tǒng)中復用軟件，從而加快服務的部署和擴展。這種方式是 SOAFEE 項目的一個主要目標，SOAFEE 是由 Arm 牽頭發(fā)起且由行業(yè)主導的協(xié)作項目，它涵蓋了整個汽車生態(tài)系統(tǒng)和價值鏈，旨在為大規(guī)模軟件復用提供基于標準的一致性框架。雖然針對的是汽車行業(yè)，但軟件定義汽車 (SDV) 本質(zhì)上是面向互連的邊緣設備，通過軟件的無線更新 (OTA)，進行關(guān)鍵功能和應用程序的迭代更新。因此，SOAFEE 積累的經(jīng)驗可以廣泛應用于各種互連的邊緣設備。

順暢開發(fā)的另一大關(guān)鍵是采用“與云類似”的新方法，旨在打破傳統(tǒng)的線性嵌入式軟件開發(fā)流程。那些流程通常是孤立的，針對特定設備，并且僅在硬件可用時方能啟動。

“與云類似”的開發(fā)方法使得軟件能夠在云端開發(fā)并集成到 CI/CD 工作流中，從而實現(xiàn)持續(xù)構(gòu)建、測試和驗證。因此，開發(fā)者可以在硬件就緒前，提前在虛擬平臺上啟動應用程序的開發(fā)工作，并采用更靈活的方法實現(xiàn)部署和增強功能。由此助力開發(fā)者提高效率、簡化開發(fā)流程并縮短產(chǎn)品上市時間。

規(guī)模化安全性

不過，改進開發(fā)流程需要遵循公開可用的標準，采用可信且一致的安全方法來實現(xiàn)。Arm SystemReady、PSA Certified 和 PARSEC 是制定此類標準相關(guān)的一些重要舉措示例，共同承擔著保障生態(tài)系統(tǒng)合規(guī)性的責任，并為每位參與者帶來了海量機遇。不僅如此，這些標準也有助于進一步減少各互連設備上的軟件層數(shù)，并解決碎片化問題。

每個標準都具備不同的優(yōu)勢。2020 年推出的 Arm SystemReady 面向基于 Arm 架構(gòu)的設備，旨在實現(xiàn)相關(guān)操作系統(tǒng)（例如 Linux）的安全安裝和啟動的標準化，進而在設備部署的整個生命周期內(nèi)最大限度降低軟件維護成本。Arm 參與創(chuàng)立的 PSA Certified 可為物聯(lián)網(wǎng)硬件（信任根, RoT）、SoC、系統(tǒng)軟件和設備提供獨立的認證評估方案，有助于讓生態(tài)系統(tǒng)對互連設備的安全性充滿信心。此外，它還符合新頒布的網(wǎng)絡安全法規(guī)要求，例如 EU-CRA 法案和 UK-PSTI 法案。這無疑為設備供應商提供了保障，助其大規(guī)模部署互連設備。最后，開源計劃 PARSEC 可為硬件抽象的安全服務（例如加密服務和安全存儲）提供標準化方法，有助于消除與保護目前正在開發(fā)和部署的大量邊緣 AI 應用程序相關(guān)的障礙，并提高軟件的復用率和可移植性。

在今年 embedded world 展會上，作為 Arm 軟件生態(tài)的專業(yè)組織，Linaro 展示了一個支持 Arm 生態(tài)系統(tǒng)的全新方案 ONELab，依據(jù)這些標準以更高效的方式對新發(fā)布及更新后的設備固件進行測試。隨著越來越多的合作伙伴正積極加入由 Linaro 提供支持的 ONELab 項目，更加無縫、敏捷和順暢的開發(fā)體驗將成為可能。

積極擁抱生態(tài)系統(tǒng)協(xié)作

邊緣計算正在加快各種技術(shù)設備的數(shù)字化轉(zhuǎn)型。這為我們帶來了難得的商業(yè)機會，并將帶領(lǐng)大家探索新的 AI 相關(guān)軟件功能。當然，整個行業(yè)也面臨著重重挑戰(zhàn)。通過促進行業(yè)間協(xié)作，不斷發(fā)展的邊緣計算正全力應對這些挑戰(zhàn)，致力于讓所有參與者持續(xù)實現(xiàn)有關(guān)順暢開發(fā)、硬件和軟件異構(gòu)性以及規(guī)模化安全性的發(fā)展目標。然而，這也需要生態(tài)系統(tǒng)更廣泛地開展協(xié)作，進而加速擴展、支持和保護未來的數(shù)十億互連設備。最終的勝利將是生態(tài)系統(tǒng)的雙贏，更重要的是，使用未來 AI 服務的用戶將逐步轉(zhuǎn)移到邊緣側(cè)。