Während die Intelligenz früher an der Edge des Netzwerks in einem Applikationsprozessor untergebracht war, wandert sie nun tief in die Edge direkt in den Sensor hinein.

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Neue Inertialmodule KI-Training innerhalb des Sensors ermöglichen

17.06.2022

Die neuen Inertialsensoren von STMicroelectronics sind mit Intelligent Sensor Processing Unit (ISPU) für das Onlife-Zeitalter ausgestattet. Es erfolgt eine Interaktion mit trainierten Bauelementen, wobei die Intelligenz nicht mehr „an“ der Edge, sondern „in“ der Edge angesiedelt ist.

Die 6-achsige Always-On-IMU (Inertial Measurement Unit) des Typs ISM330ISN für die Bewegungs- und Positionserfassung nutzt ihre eingebaute Intelligenz zum Erzielen eines Performance- und Genauigkeitsniveaus, das für einen Baustein dieser Größe und dieses Stromverbrauchs unerreicht ist.

Die neue IMU von ST eignet sich für IoT- und Industrie-Anwendungen und zielt darauf ab, die Reaktionszeiten zu verkürzen und die Batterielebensdauer zu verlängern. Zur Zielgruppe gehört beispielsweise die Zustandsüberwachung für die vorausschauende Instandhaltung, aber auch batteriebetriebene Asset Tracker und industrielle Anwendungen wie etwa Roboter.

Durch die integrierte Intelligenz der ISM330ISN können smarte Geräte fortschrittliche Bewegungserkennungs-Funktionen ohne Interaktion mit dem externen Mikrocontroller (MCU) direkt im Sensor ausführen, sodass das System insgesamt weniger Strom verbraucht.

In statt an der Edge

Das Konzept von ST sieht dabei die Integration eines speziellen Prozessors, nämlich der ISPU, auf einer geringen Chipfläche direkt in den Sensorchip mit Optimierung für Machine-Learning-Anwendungen vor. Das ISM330ISN-Modul benötigt dadurch 50 Prozent weniger Platz und nimmt auch 50 Prozent weniger Leistung auf als ein typischer, im selben Gehäuse untergebrachter Mikrocontroller.

Programmieren lässt sich die ISPU mit NanoEdge AI Studio, einem markterprobten Tool von ST, das bereits von vielen Kunden genutzt wurde, um KI-Applikationen auf STM32-Mikrocontrollern zu installieren. Diese Technologie steht nunmehr auch zum Programmieren der ISPU zur Verfügung, sodass Anwender auf einfache Weise automatisch optimierte Machine-Learning-Bibliotheken generieren können.

Das Design einer Anomaliedetektierungs-Bibliothek mit KI-Lernfähigkeit direkt in der ISPU ist jetzt mit minimalen Daten und nur wenigen Klicks möglich. Spezielle Informatik-Vorkenntnisse werden hierfür nicht benötigt.

„Während die Intelligenz früher an der Edge des Netzwerks in einem Applikationsprozessor untergebracht war, wandert sie nun tief in die Edge direkt in den Sensor hinein“, berichtet Simone Ferri, General Manager of Marketing bei der Analog MEMS and Sensors Group von STMicroelectronics. „Unsere IMU des Typs ISM330ISN ist Vorreiter einer ganz neuen Kategorie intelligenter Sensoren, die mithilfe eingebetteter KI komplexe Operationen übernimmt, wie etwa die Mustererkennung oder das Detektieren von Anomalien mit einem großen Plus an Effizienz und Performance.“

Obwohl die ISM330ISN die Perspektive für ganz neue, KI-gestützte und kreative Möglichkeiten eröffnet, ist sie mit Gehäusemaßen von 3 mm x 2,5 mm x 0,83 mm genau so groß wie konventionelle Inertialmodule. Designer können ihre Produkte somit schnell und kosteneffektiv upgraden, ohne ein etabliertes Leiterplatten-Layout modifizieren zu müssen.

Die ISM330ISN ist Teil des zehnjährigen Longevity-Programms von ST, das Produktdesignern und Herstellern die langfristige Verfügbarkeit von Bauelementen zusichert.

Weitere technische Informationen

Die ISM330ISN gehört zu IMU-Familie „iNEMO“ von ST. Sie enthält einen 3-Achsen-Beschleunigungssensor und einen 3-Achsen-Drehgeber mit geringem Rauschen und einer Ausgangs-Datenrate (Output Data Rate, ODR) von 6,6 kHz. Mithilfe der ISPU kommt der Sensor auf eine gleichbleibend hohe Genauigkeit, während die Stromaufnahme im Combination Mode mit aktivem Beschleunigungssensor und Drehgeber nur 0,59 mA beträgt.

Die auf digitaler Signalverarbeitung (DSP) basierende ISPU-Architektur von ST ist extrem kompakt und energieeffizient. Sie umfasst 40 KByte RAM und belegt nur 8.000 Gatter auf dem Sensorchip. Die ISPU führt Gleitkomma-Berechnungen mit Single-Bit-Genauigkeit aus und eignet sich ideal für Machine-Learning-Anwendungen und binäre neuronale Netze.

Die ISPU und die NanoEdge AI Tools von ST befinden sich in den Kategorien Hardware und Software in der engeren Auswahl für die Vergabe des Embedded Awards anlässlich der Embedded World 2022. Die Messe findet vom 21. bis 23. Juni 2022 in Nürnberg statt, und ST ist an Stand Nr. 148 in Halle 4A vertreten.

Voraussichtliche Verfügbarkeit

Die ISM330ISN wird voraussichtlich im zweiten Halbjahr 2022 in die Produktion gehen und auf st.com sowie bei den Distributoren zum Preis von 3,48 US-Dollar (ab 1.000 Stück) verfügbar sein. Das Tool NanoEdge AI Studio, mit dem sich Bibliotheken gezielt für bestimmte ISPU-Typen erstellen lassen, ist kostenlos auf st.com verfügbar.

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