【導(dǎo)讀】從工廠車(chē)間、手術(shù)室到自動(dòng)駕駛汽車(chē)和智能家居，人工智能正在承擔(dān)那些需要它實(shí)時(shí)理解并響應(yīng)現(xiàn)實(shí)世界的任務(wù)。這就是具身智能的時(shí)代：這些系統(tǒng)不僅僅處理數(shù)據(jù)，更能感知、決策并行動(dòng)。為了讓 AI 在動(dòng)態(tài)環(huán)境中安全、可靠地運(yùn)行，它需要持續(xù)而準(zhǔn)確地獲取來(lái)自物理世界的信息——從溫度到運(yùn)動(dòng)、壓力、接近度和方向，并且必須以足夠快的速度進(jìn)行解釋?zhuān)拍苷嬲a(chǎn)生作用。傳感層是所有后續(xù)決策的基礎(chǔ)。
Marco Cassis, 意法半導(dǎo)體模擬、功率與分立器件、MEMS 與傳感器事業(yè)部總裁，兼任 意法半導(dǎo)體戰(zhàn)略、系統(tǒng)研究與應(yīng)用、創(chuàng)新辦公室負(fù)責(zé)人
意法半導(dǎo)體正處于這一挑戰(zhàn)的核心位置。憑借涵蓋 MEMS 與光學(xué)傳感、微控制器、邊緣 AI 處理器，以及用于電力傳輸?shù)膶捊麕О雽?dǎo)體的技術(shù)組合，ST 提供了從最初的傳感輸入到最終執(zhí)行器指令的完整信號(hào)鏈。
在物理數(shù)據(jù)到達(dá)中央處理器之前就對(duì)其進(jìn)行過(guò)濾、分類(lèi)和響應(yīng)的能力至關(guān)重要。智能傳感正在成為具身智能的關(guān)鍵賦能技術(shù)，而 ST 的方法正在塑造機(jī)器如何感知、理解并作用于周?chē)澜纭?/p>
為什么具身智能需要的不僅僅是數(shù)據(jù)
過(guò)去十年，大多數(shù) AI 創(chuàng)新都由在數(shù)據(jù)中心訓(xùn)練、并通過(guò)云端部署的算法推動(dòng)。然而，隨著 AI 進(jìn)入汽車(chē)、工廠、醫(yī)院和家庭，其性能開(kāi)始受到輸入數(shù)據(jù)質(zhì)量、保真度和及時(shí)性的制約。傳感是做出良好決策的核心。但如今占主導(dǎo)地位的傳感架構(gòu)，本質(zhì)上仍然是被動(dòng)式的：傳感器將原始數(shù)據(jù)流發(fā)送給集中式處理器，由處理器提取上下文并發(fā)出指令。隨著 AI 承擔(dān)越來(lái)越多安全關(guān)鍵角色，這種架構(gòu)會(huì)帶來(lái)三個(gè)結(jié)構(gòu)性問(wèn)題，而且這些問(wèn)題正變得越來(lái)越難以接受。
延遲是最直接的問(wèn)題。自動(dòng)駕駛汽車(chē)、工業(yè)機(jī)器人和人機(jī)交互界面無(wú)法等待遠(yuǎn)程處理器往返一圈。決策必須在毫秒級(jí)、在感知發(fā)生的現(xiàn)場(chǎng)完成。功耗和帶寬是第二個(gè)問(wèn)題。持續(xù)傳輸原始傳感器數(shù)據(jù)會(huì)消耗大量能源和網(wǎng)絡(luò)資源，而具身智能需要規(guī)?；渴饠?shù)百萬(wàn)臺(tái)設(shè)備，其中許多還要依賴(lài)電池運(yùn)行。
安全性與可靠性則是最關(guān)鍵的問(wèn)題。在靠近人類(lèi)運(yùn)行的系統(tǒng)中，噪聲信號(hào)、數(shù)據(jù)丟失或誤判都可能帶來(lái)風(fēng)險(xiǎn)。AI 越接近物理世界，感知失敗的代價(jià)就越高。因此，當(dāng)前正在發(fā)生的轉(zhuǎn)變，不是部署更多傳感器，而是使用更智能的傳感器。
ST 的答案：會(huì)感知、會(huì)思考的傳感器
半導(dǎo)體正致力于將智能盡可能靠近數(shù)據(jù)產(chǎn)生端，以應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)。ST 并不把傳感器視為被動(dòng)的數(shù)據(jù)來(lái)源，而是讓智能傳感解決方案在本地提取上下文、在邊緣過(guò)濾并解釋原始信號(hào)，僅傳輸真正重要的信息。其結(jié)果是：更低延遲、更低功耗、更輕網(wǎng)絡(luò)負(fù)載，以及更強(qiáng)隱私保護(hù)，因?yàn)榇蟛糠謹(jǐn)?shù)據(jù)根本無(wú)需離開(kāi)設(shè)備。
ST 通過(guò)兩個(gè)互補(bǔ)且日益融合的方向推進(jìn)這一戰(zhàn)略。首先是邊緣 AI。邊緣 AI 將 ST 的傳感器與 STM32 微控制器及專(zhuān)用 AI 加速器相結(jié)合，使分析和推理可以直接在設(shè)備端完成。這樣可以實(shí)現(xiàn)快速、確定性的響應(yīng)，而不依賴(lài)云連接；這對(duì)于汽車(chē)系統(tǒng)、工業(yè)控制和智能基礎(chǔ)設(shè)施尤為關(guān)鍵，因?yàn)檫@些場(chǎng)景無(wú)法假設(shè)網(wǎng)絡(luò)始終可用，響應(yīng)時(shí)間往往以微秒計(jì)。其次是傳感器內(nèi)置 AI。傳感器內(nèi)置 AI 將智能進(jìn)一步前移，直接進(jìn)入傳感器內(nèi)部。通過(guò) Intelligent Sensor Processing Unit（ISPU） 等嵌入式核心以及傳感器內(nèi)機(jī)器學(xué)習(xí)引擎，ST 器件可以實(shí)時(shí)處理原始傳感數(shù)據(jù)，以超低功耗運(yùn)行機(jī)器學(xué)習(xí)算法，并輸出高層級(jí)信息——例如識(shí)別到的手勢(shì)、檢測(cè)到的異常、識(shí)別出的運(yùn)動(dòng)模式——而不是原始數(shù)據(jù)流。這對(duì)于可穿戴設(shè)備、機(jī)器人和個(gè)人電子產(chǎn)品尤為重要，因?yàn)檫@些應(yīng)用對(duì)響應(yīng)速度和電池續(xù)航都有根本性要求。這兩個(gè)方向共同定義了一種新的傳感范式：能夠理解自身所感知內(nèi)容的傳感器。
ST 的全棧優(yōu)勢(shì)
ST 在智能傳感領(lǐng)域的獨(dú)特之處，并不在于某一項(xiàng)單獨(dú)技術(shù)，而在于其背后完整而協(xié)同的技術(shù)棧。意法半導(dǎo)體匯聚了其在 MEMS 運(yùn)動(dòng)、壓力和環(huán)境傳感方面的強(qiáng)大技術(shù)，以及包括二維、三維和飛行時(shí)間（ToF） 在內(nèi)的先進(jìn)成像技術(shù)、搭載神經(jīng)處理單元（NPU）的 STM32 微控制器，以及將這些技術(shù)集成起來(lái)的軟件工具。更重要的是，ST 對(duì)這一整套技術(shù)棧從研發(fā)、設(shè)計(jì)到制造實(shí)現(xiàn)全鏈條掌控，包括位于歐洲的 300 mm 晶圓廠。
這種一體化能力意味著，ST 可以將傳感、處理與執(zhí)行之間的接口作為一個(gè)統(tǒng)一系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，而不是各層各自獨(dú)立優(yōu)化。對(duì)于具身智能架構(gòu)而言，傳感與決策之間的交互正是決定性能的關(guān)鍵變量，這構(gòu)成了真正的差異化優(yōu)勢(shì)。ST 的技術(shù)廣度和產(chǎn)品廣度，使公司能夠同時(shí)服務(wù)消費(fèi)類(lèi)、高價(jià)值汽車(chē)以及工業(yè)應(yīng)用。
從消費(fèi)電子到關(guān)鍵任務(wù)應(yīng)用
長(zhǎng)期以來(lái)，ST 一直是消費(fèi)電子領(lǐng)域值得信賴(lài)的傳感合作伙伴，為智能手機(jī)、可穿戴設(shè)備和游戲設(shè)備提供了已成為標(biāo)配的運(yùn)動(dòng)感知、環(huán)境響應(yīng)和生物識(shí)別能力。基于大規(guī)模生產(chǎn)、小型化和低功耗所建立的消費(fèi)電子經(jīng)驗(yàn)，為 ST 日益深入的高要求應(yīng)用場(chǎng)景奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
智能傳感正成為未來(lái)十年最重要的結(jié)構(gòu)性變革之一的基礎(chǔ)設(shè)施：能源轉(zhuǎn)型、遠(yuǎn)程與持續(xù)醫(yī)療、智慧城市、下一代消費(fèi)設(shè)備，以及工業(yè)自動(dòng)化的持續(xù)推進(jìn)。對(duì)這些領(lǐng)域而言，傳感器已不再是被動(dòng)輸入裝置，而是數(shù)字世界與物理世界之間前沿上的智能代理。
在汽車(chē)領(lǐng)域，ST 的智能傳感正在支持駕駛員監(jiān)測(cè)、車(chē)內(nèi)監(jiān)測(cè)、高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）以及自動(dòng)駕駛。在工業(yè)領(lǐng)域，它支撐協(xié)作機(jī)器人、預(yù)測(cè)性維護(hù)和工廠設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)。在智能基礎(chǔ)設(shè)施中，它支持對(duì)建筑、能源系統(tǒng)和城市環(huán)境的持續(xù)低功耗監(jiān)測(cè)。
在成像領(lǐng)域，ST 正聚焦于那些對(duì)精確、穩(wěn)健感知要求極高的高增長(zhǎng)細(xì)分市場(chǎng)，以服務(wù)未來(lái)的出行、自動(dòng)化和智能環(huán)境。
智能傳感所釋放的能力：能力圖譜
在具身智能逐步滲透的每一個(gè)領(lǐng)域，ST 的智能傳感產(chǎn)品組合都在釋放一組一致的戰(zhàn)略能力：
一是即時(shí)響應(yīng)的能力。 機(jī)器人、車(chē)輛和自主設(shè)備可以實(shí)時(shí)應(yīng)對(duì)人和環(huán)境變化，使交互更自然，而不是機(jī)械化。
二是保證運(yùn)行安全的能力。 持續(xù)且高保真的感知能力，以及運(yùn)動(dòng)感知，是人機(jī)共處環(huán)境中的系統(tǒng)前提，無(wú)論是在工廠車(chē)間、公共道路還是家庭環(huán)境。
三是具備邊緣獨(dú)立性的能力。 本地處理降低了對(duì)網(wǎng)絡(luò)連接的依賴(lài)，提高系統(tǒng)韌性，并減少大規(guī)模部署所需的能源和帶寬成本。
四是簡(jiǎn)化系統(tǒng)的能力。 更高的集成度和嵌入式智能減少外部器件數(shù)量，從而降低系統(tǒng)復(fù)雜度和物料清單成本。預(yù)測(cè)性維護(hù)與高可用性。 低功耗持續(xù)監(jiān)測(cè)支持基于狀態(tài)的維護(hù)策略，延長(zhǎng)資產(chǎn)壽命并減少非計(jì)劃停機(jī)。
五是保證隱私與可信度的能力。 敏感數(shù)據(jù)在設(shè)備端處理，不經(jīng)網(wǎng)絡(luò)傳輸。結(jié)合內(nèi)部制造能力和穩(wěn)健供應(yīng)鏈，這有助于實(shí)現(xiàn)安全、可審計(jì)的大規(guī)模部署。
人形機(jī)器人：最具代表性的測(cè)試場(chǎng)景
沒(méi)有哪個(gè)應(yīng)用能比人形機(jī)器人更生動(dòng)地展現(xiàn)具身智能的要求。人形機(jī)器人必須連續(xù)、準(zhǔn)確地感知環(huán)境，理解人類(lèi)的存在與意圖，保持動(dòng)態(tài)平衡，在不可預(yù)測(cè)的空間中導(dǎo)航，并在靠近人的情況下實(shí)時(shí)、穩(wěn)定地操作物體。它實(shí)際上是具身智能所有挑戰(zhàn)的“行走版概念驗(yàn)證”。
據(jù)ST 預(yù)估，一臺(tái)典型人形機(jī)器人對(duì)應(yīng)的可尋址半導(dǎo)體含量約為 600 美元。目前，ST 已和全球多家人形機(jī)器人開(kāi)發(fā)商合作，并為這些系統(tǒng)提供能夠在有人環(huán)境中安全感知、移動(dòng)和交互的傳感與邊緣計(jì)算的能力。隨著人形機(jī)器人市場(chǎng)從科研平臺(tái)走向?qū)嶋H部署系統(tǒng)，傳感質(zhì)量將成為最關(guān)鍵的變量之一。而這種感知能力，正是具身智能所需要的；而一切，都從傳感開(kāi)始。
結(jié)論
具身智能正被設(shè)計(jì)進(jìn)將定義下一代出行、制造、醫(yī)療和基礎(chǔ)設(shè)施的產(chǎn)品中。通過(guò)在“感知發(fā)生之處”嵌入智能，ST 正在幫助客戶(hù)打造的不只是連接到世界的機(jī)器，而是真正理解世界的機(jī)器。
