【圖解】邊緣AI是什麼?和雲端AI有何不同?6G發展為何少不了它?
【圖解】邊緣AI是什麼?和雲端AI有何不同?6G發展為何少不了它?

生成式AI帶動大型語言模型(LLM)迅猛發展,在資料訓練之後,未來在邊緣裝置執行AI推論的相關任務需求會帶動更多新應用。邊緣AI裝置的增長,主要來自生成式AI從雲端延伸至邊緣端的需求,其中首波大規模商轉的邊緣裝置就是AI手機與AI PC這2大類產品。

在2023年之前,已有手機的應用處理器(AP)晶片業者,嘗試在AI手機的應用處理器內導入類神經處理器(NPU)的處理架構。NPU與傳統的CPU和GPU不同,它以低能耗和低成本為特點,專門處理神經網路模型,這些模型通常會模仿人腦系統,用於執行各種AI運算任務。

ChatGPT讓生成式AI一炮而紅,並助推邊緣AI晶片在手機裡的地位上升,讓AI PC和AI手機在不影響系統既有功能下,額外執行生成式AI的推論功能。近期許多手機和PC業者已發表能離線執行AI服務的硬體專用平台,藉由PC的CPU與手機AP內整合NPU,來持續提升整體運算效能,並搭配生成式AI模型訓練與推論等技術優化,提供更好的使用體驗。

邊緣運算模型是基於簡單概念:使某些應用程式所需的運算更接近最終端用戶,不需將資料傳送到雲端(公有雲也可能有隱私外洩的疑慮),因此可減少網路流量。以此衍生出的資通訊端應用產品、終端大數據生成/使用者等方面的需求日益龐大。而邊緣端執行AI相對於雲端AI,具有低延遲、高隱私、可離線、省頻寬、節省傳輸成本等優點。

邊緣AI和雲端AI的技術,在運算力、記憶體方面的需求迥然不同。雲端資料中心需求的算力和記憶體最大;邊緣伺服器、AI PC、AI Box兩者皆為中等;邊緣端(終端)裝置,如AI手機等,需求算力和記憶體較少。

邊緣AI
圖/ 數位時代

全球AI晶片的發展,除了GPU加速器,還包括許多廠商自研的ASIC加速器晶片,呈現群雄並起。戰火也擴及AI晶片的上下游,包括先進製程、先進封裝等產業鏈,以及各種AI軟硬體的系統整合業者。2024年全年AI晶片市場出貨將呈現翻倍成長,其中資料中心對高階GPU的需求在2024年成長218%,ASIC加速器則成長178%,高頻寬記憶體(HBM)的市場規模也擴增到139億美元。 

未來隨著邊緣端,各家新型AI手機與AI PC推出,將會帶動晶片出貨量爆增,例如邊緣AI的語音終端可導入家電、穿戴裝置、車用中控、產業製造或相關智慧設備等。預計2024年全球AI終端(主要是AI手機)出貨規模將達2.6億顆,年成長率為293%;而AI PC出貨規模則將達5000萬顆,年成長率為79%;2023至2028年AI處理器的出貨年複合成長率更上看40%。

除了CPU和NPU規格升級,記憶體容量及頻寬也較前代提升下,在手機上運行大型語言模型成為可行,生成式AI功能成為手機業者行銷主軸。預期2023至2028年AI手機的AP處理器晶片,出貨年複合成長率將高達65%,帶動AI手機於智慧終端的市場滲透率,至2028年突破50%。

歐盟力拱6G,找輝達、三星助陣

邊緣AI於通訊應用方面,國際通訊組織(3GPP)已公開標準(R18)關於人工智慧的研究項目,將人工智慧/機器學習功能朝向通訊空中介面(Air Interface)和無線接取網路(Radio Access Network)的技術方向推進。

歐盟於去年積極推動6G人工智慧原生計畫,例如AI公司CENTRIC開發人工智慧空中介面(AI-Air Interface)、智慧網路服務公司ADROIT6G計畫致力發展分散式人工智慧驅動的開放式可程式架構,以及VERGE計畫推動開放和安全的邊緣AI架構。其中VERGE計畫成員有三星(Samsung)、英特爾(Intel)、易利信(Ericsson)、土耳其解決方案供應商Turkcell、西班牙邊緣運算解決方案供應商Nearby Computing等。

在3GPP和歐盟等組織對下世代通訊人工智慧的推動下,未來在6G網路的各層面,包含核心網路、無線接取網路、空中介面和邊緣設備等,各種系統單元都會蘊含人工智慧功能,6G網路會更充分利用網路節點的通訊、運算和感知能力,來實現完全自治和自動化的6G網路,帶動人工智慧晶片新的市場需求。輝達(NVIDIA)、英特爾和三星等大廠都已積極參與歐盟的多項6G人工智慧原生計畫。

6G網路系統單元也將帶動高度客製化的人工智慧晶片,以滿足各種運算需求。小晶片(Chiplet)將是6G人工智慧晶片的重要發展方向,這是透過異質整合將各類小晶片整合在一起,滿足6G基礎設施開發人員和終端用戶需求,降低AI晶片設計的複雜度和成本。

邊緣AI
圖/ 數位時代

英特爾、台積電和三星都已經號召晶片設計、製造、封測、雲端和網路服務業者等,共同籌組通用小晶片互連產業聯盟(Universal Chiplet Interconnect Express,UCIe),來建立晶片到晶片(die-to-die)的互聯標準,促進開放式小晶片生態系統。

UCIe成立約1年半,已吸引超過120家聯盟成員,包含輝達、博通(Broadcom)和聯發科等,預期未來將有更多晶片廠商採用小晶片技術,推動6G人工智慧發展。

隨著人工智慧和算力需求增長,廠商單打獨鬥競爭力有限,因此衍生邊緣AI產業跨域合作趨勢。例如:邊緣語音AI業者正積極與各類微控制器廠商及AI晶片新創公司合作,共同協助優化語音AI運算能力,由微控制器廠商自研語音AI技術,周邊廠商共同提供套裝解決方案,共同推升軟硬整合。

跨域應用齊發,AI能辨哭聲、咳嗽聲

而未來邊緣端AI技術解決方案也愈來愈多元,預期將朝下列各式應用方向逐步演進:

一、朝向開發語言以外的人聲辨識技術,如哭聲、咳嗽聲;或是分析人聲情緒,例如:利用邊緣AI平台開發咳嗽偵測應用。語音AI業者亦拓展人聲以外的聲音辨別,如警車鳴笛、玻璃碎裂、槍聲等。

二、邊緣終端裝置,如穿戴裝置(耳機、手錶、AR/VR等)、智慧家電、玩具、語音喚醒裝置、語音辨識、智慧開關、智慧音響行動裝置以及產業用語音助理等。在車用語音助理方面,相較於觸控,語音助理較不易讓駕駛者分心、並且語音助理較能釋放駕駛人手動操控的繁瑣動作。

三、分散式邊緣AI整合應用於專業和運輸場域。專業場域的B5G(Beyond 5G)應用於智慧製造場域,大型跨國企業可運用延展實境(XR)的邊緣AI,讓散布在全球不同地點的工程人員,增強不同管理部門之間的知識傳遞和即時資料共享,進行產品設計、製作、驗證、測試等各個階段的合作。全球不同地點專家透過使用B5G XR工具進行協作時,對突發性問題提供即時回饋。

利用語音AI互動也讓作業員雙手可同時做其他更多事情。在醫療照護領域,透過語音AI互動可降低醫療接觸之風險,如「AI骨鬆X光篩檢」可利用AI模組分析影像,快速提供骨密度風險報告,並能連接醫院PACS系統,提高診斷精準度和速度;區域聯防AI遠距轉診平台可結合AI自動化流程和警示系統,快速傳遞重症緊急病患資訊。

邊緣AI
圖/ 數位時代

而零售業方面應用像是自助結帳、自助點餐和自動物流等。其他還有多輪對話客服機器人,具有15種以上對話方式,辨識率達90%,並可降低70%人工負擔。邊緣智慧輔助運輸方面,由於自動駕駛電車必須配備多種感測器,例如光達(Light Detection and Ranging)、雷達(Radio Detection and Ranging)、可見光攝影機等,可提前數秒採取必要的行動避免意外事故以確保安全。

此外,透過城市環境收集的資訊,像是城市物聯網感測器和攝影機,可提供潛在盲點資訊,提升電車的態勢感知和韌性。

迎戰百家爭鳴,人才、法規配套要有

未來全球的邊緣運算市場將呈現多元分散的情境,而邊緣AI晶片的軟硬解決方案也將呈現百家爭鳴局面。台灣目前各界大規模導入AI還面臨一些阻礙,包括欠缺人才與技能、欠缺AI治理策略、整體建置與維運成本過高、安全性、以及政策法規考量等。企業可藉由員工在職訓練,啟動小型AI專案試驗再逐步導入核心業務。

在2024年之前的生成式AI著重在AI模型訓練,但未來大型語言模型更多進入邊緣終端裝置,帶動AI落地商機,尤其邊緣AI模型特具的安全性、隱私性和可信度等特別重要。未來須有一系列方法保護AI模型,以對抗人為惡意攻擊並提高可靠度,確保資料隱私。

延伸閱讀:【圖解】全球都在瘋的「小型模組化反應爐」是什麼?與傳統核電差在哪?一文搞懂原理

責任編輯:蘇柔瑋

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導航不是愈高階愈好!桃園產官資源如何賦能互宇向量,讓複雜技術真正「用得起、用得上」?
導航不是愈高階愈好!桃園產官資源如何賦能互宇向量,讓複雜技術真正「用得起、用得上」?

當無人機、無人船失去衛星定位訊號,還能繼續完成任務嗎?這道問題不只考驗導航設備的精度,更牽涉不同技術如何搭配,才能兼顧成本、可靠性與實際部署需求。

要理解自主載具如何在衛星訊號中斷時持續導航,得先認識「慣性導航」。互宇向量執行長鍾宏彬拿棒球作比喻:投手把球投出去後,球沒有GPS或遙控器,仍會依照出手角度、力量與旋轉向前運動。慣性導航則透過感測加速度與旋轉變化,持續推算載具的姿態、速度與位置。不過,慣性導航的誤差會隨時間累積,衛星定位訊號一旦中斷,位置推算也可能逐漸偏移。因此,自主載具需要不同定位與感測技術相互配合。2022年成立的互宇向量,便從這項需求切入,協助客戶選擇適合的導航技術,並將系統整合到產品中。

先定義任務,再決定導航規格

「以終點當起點。」鍾宏彬如此形容互宇向量的產品開發原則。相較於先提供設備、再由客戶自行整合,互宇向量在開發初期便參與討論,了解客戶要完成什麼任務,再決定性能、材料、演算法與預算。這套方法稱為「前端部署」。

以無人機精準投送為例,客戶希望載具不只抵達指定區域,還能接近建築物完成投送。飛行距離、定位精度、是否有人遙控,以及衛星訊號中斷後需要自主運作多久,都會影響系統設計。互宇向量必須先釐清這些條件,再選擇感測元件、調整導航架構,而不是直接套用既有產品。

互宇向量的技術涵蓋光纖陀螺儀(FOG)、慣性量測單元(IMU)、姿態與航向參考系統(AHRS),以及GNSS/INS融合導航方案。團隊曾與產業夥伴在實際水域驗證無人船導航系統,也透過觀音山隧道測試,觀察衛星訊號中斷時的導航表現。

對客戶而言,驗證的重點在於系統能否在任務要求的時間內維持足夠精度。互宇向量也不一定選用最高規格的零組件,而是依照需求調整演算法、材料與系統配置,必要時整合其他供應商的技術,減少客戶自行開發、測試與整合的時間及成本。

從光纖陀螺到系統整合,互宇向量把技術推向可部署的產品

鍾宏彬2010年投入光纖陀螺核心技術研究,2016年共同創辦極星光電。當時核心元件的客戶多具備自行整合能力,應用市場相對有限。他逐漸意識到,若想讓技術接觸更多使用者,就不能只停留在零件,還得往感測模組與完整系統發展。2022年成立互宇向量後,鍾宏彬延續過去累積的技術,採取合作設計製造(JDM)模式,讓團隊從產品開發初期便參與設計與驗證。

他把這種服務形容為「高階料理包」:客戶不必自行採購所有原料、研究怎麼煮,而是由互宇向量協助整合適合的技術,完成產品部署。公司不走低價、拚量路線,而是選擇與少數具有長期需求的專業客戶深入合作。目前團隊服務約12家核心客戶,透過持續參與產品開發,累積技術與合作經驗。

航太市場考驗的不只是技術,還有供應鏈與驗證能力

航太是互宇向量積極拓展的市場。目前約四成業務聚焦航太應用;2023年,團隊也與國家太空中心(TASA)展開策略性合作,推進MIOC與FOG技術的太空應用。

航太產業尤其重視「飛行履歷」(Flight Heritage)。鍾宏彬打趣地說,普通杯子就是杯子,但如果真的上過太空,「它就變成太空杯」。設備即使通過完整的地面測試,仍不等於經歷過發射與太空環境。對國際航太客戶而言,實際飛行驗證是評估設備可靠性的重要依據。鍾宏彬回憶,團隊過去花了兩、三年尋找海外企業客戶,始終不得其門而入。後來有國際業者得知互宇向量與國家太空中心合作,反而主動找上門。這段經驗讓他體會到,進入航太供應鏈除了技術能力,還需要讓國際客戶看見合作經驗與可信度。

從中央大學到蘆竹,桃園產官資源如何成為互宇的產業支點?

互宇向量與桃園的淵源,早在公司成立前就已開始。鍾宏彬從中央大學求學、攻讀博士到投入研究,一路留在桃園;第一次創業落腳楊梅,互宇向量則從青埔搬到蘆竹,建立廠辦空間。他笑稱,自己就像桃園「生出來的baby」。

桃園及北部地區聚集電路板、電子製造與機械加工等供應商,具備成熟的產業基礎。不過,部分業者長期專注既有市場,未必想過自身技術還能延伸至無人載具與航太應用。鍾宏彬舉例,互宇向量曾與傳統機械加工業者合作,協助對方了解航太供應鏈的品質驗證與製造要求,探索跨入新市場的可能。對這些業者而言,挑戰未必是技術能力不足,而是過去缺乏接觸航太應用的機會,不熟悉相關規格與驗證流程。

創業過程中,互宇向量也持續接觸桃園市政府青年事務局及相關局處、育成體系,參與創業交流與產業展會。鍾宏彬看重的是這些場合能讓團隊認識不同領域企業,拓展未來合作的可能。包括Meet桃園+在內的創業輔導與產業交流平台,也為在地新創提供接觸產業資源的機會。

從光纖陀螺核心元件走向完整導航系統,再延伸至航太合作與海外市場,互宇向量逐步建立從任務規劃、技術整合到系統驗證的能力。接下來,如何運用桃園既有的電子製造與精密加工基礎,找到更多能共同開發產品的夥伴,將是團隊拓展國際市場的重要課題。

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