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Innatera的SNN架构带来远胜CNN架构的低功耗和实时性并加速边缘端AI和物理AI落地

来源:北京华兴万邦管理咨询有限公司

在正在盛大举行的2026上海世界移动通信大会(MWC26上海)上,Innatera开发的尖峰神经网络(Spiking Neural Networks,SNN)技术、已商业化的Pulsar神经形态微控制器(neuromorphic MCU)、Talamo软件开发套件(SDK)和多项应用展示吸引了众多的观众。大家对SNN在边缘端实现的极致能效比与低延迟响印象深刻,其事件驱动的计算机制与异构混合架构正在为越来越多的边缘AI和端侧AI,尤其是物理AI创新带来巨大支持。

 

Innatera Nanosystems公司总部位于荷兰,其SNN摒弃传统AI芯片的时钟同步帧计算模式,仅当输入脉冲信号触发有效神经元激活时才启动计算单元,无有效事件时硬件自动进入深度休眠状态,从根源上消除了时钟轮询带来的无效功耗,从而为音频、雷达和工业等多样化的应用场景实现微瓦级运行的核心设计。

在本次MWC26 上海展出的Pulsar芯片已经商用,它集成12个可编程数字SNN核心和4个模拟SNN核心:模拟核心通过电容阵列实现存算一体,单晶体管即可完成突触权重的指数级非线性运算,彻底消除冯·诺依曼架构下的数据搬运能耗;数字核心则保障了网络配置的灵活性,兼顾超高能效与通用适配能力。

(Pulsar神经形态MCU架构框图)

为了加速AI应用的开发,除了集成上述SNN引擎,Pulsar还在同一颗芯片上集成了32-MAC CNN加速器、FFT/IFFT引擎与160MHz RISC-V MCU,可根据当前任务类型自动分配算力:低负载传感检测任务仅调用SNN单元,复杂图像识别场景自动唤醒CNN加速器,避免了算力全开带来的不必要功耗浪费。

(Pulsar微控制器产品图)

针对AI技术对数据存储的需求,Innatera还用系统性设计方法对存储子系统进行了低功耗优化,Pulsar芯片配置了384KB通用SRAM、128KB专属CNN计算SRAM,额外预留32KB低功耗保持SRAM,在设备进入深度睡眠模式时仅保留该区域供电,即可维持应用状态不丢失,大幅降低待机场景的能量消耗。

外设与计算深度协同是Pulsar另一项系统级优化,该芯片集成了I2C、SPI、ADC、摄像头接口等全类型传感外设,同时为其搭配了直接数据读取(DMA)引擎,可直接将传感器输出的脉冲数据送入SNN计算单元,无需经过CPU中转搬运数据,进一步减少了数据传输环节的额外能耗。

这些架构创新和芯片设计优化共同为Pulsar芯片带来了多项优于传统AI处理器‌的技术优势,包括:

1. 极致能效与超低功耗

- 事件驱动计算:SNN仅在检测到有效信号(脉冲)时才进行计算,静默期几乎不消耗动态功耗。相比传统CNN持续处理全量数据,其能耗可降低500倍以上(例如音频分类任务从 40mW 降至 400μW)。

- 亚毫瓦级运行:Pulsar芯片的SNN计算引擎功耗低于1mW,支持“始终在线”的传感器应用,显著延长电池寿命。

- 稀疏性优化:利用脉冲信号的稀疏特性,大幅减少无效计算和内存访问,模型体积可比传统方案缩小33 倍以上。

2. 超低延迟与实时响应

- 纳秒至毫秒级响应:采用模拟与数字混合的神经形态计算单元,处理延迟可低至1ms以内,部分场景下延迟比传统AI处理器降低100 倍。

- 原生时序处理:SNN 天然利用脉冲的时间间隔编码信息,无需复杂的帧缓冲,特别适合处理雷达、音频、振动等时间序列数据,实现真正的实时闭环控制。

3. 异构融合架构灵活性

- SNN + CNN + RISC-V 协同:Pulsar芯片集成了可编程SNN单元、CNN加速器和 32位RISC-V CPU。系统可根据任务需求动态分配资源:低功耗场景用 SNN 处理实时传感,高精度场景调用CNN,通用逻辑由CPU执行。

- 全可编程性:支持跨不同网络拓扑的神经元和突触级参数化,开发者可通过 Talamo SDK基于PyTorch训练模型并直接映射到硬件,兼顾了生物启发的效率与传统AI的开发便利性。

4. 边缘隐私与数据缩减

- 端侧闭环处理:数据在本地完成感知、分析与决策,无需上传云端,显著提升数据隐私安全性。

- 原始数据压缩:在传感器前端直接提取关键特征,可将原始数据量缩减高达1000 倍,降低带宽需求并减少对云服务的依赖。

(Pulsar与主流AI部署方案性能对比)

基于这些优势,Innatera的SNN技术通过模仿生物神经机制,解决了传统边缘和端侧AI在功耗、延迟和实时性上的瓶颈,特别适用于可穿戴设备、智能传感及预测性维护等对能效敏感的场景。因此,Innatera的Pulsar芯片已在可穿戴设备、工业传感、智能家居等多个领域实现了商用落地。包括:

1.智能可穿戴设备

2.工业传感器场景

3.智能家居与物联网(IoT)场景

为了配合Pulsar芯片更好地发挥SNN技术的优势,Innatera根据SNN硬件架构提供了完整的Talamo SDK,可以帮助开发者实现SNN模型从训练到硬件部署的全流程,同时无需深厚的SNN专业知识。普通AI开发者借助Talamo SDK可快速上手,基于PyTorch在熟悉环境中进行模型构建与训练;在训练完成后,利用SDK内置的SNN编译器自动完成模型转换;还可以先在PC端完成全流程仿真,验证脉冲模型的推理精度、延迟和功耗表现。

 

待验证通过后,开发者可以选择两种部署方式:使用Python原生编译器直接生成可执行文件,或是通过RISC-V架构的标准GCC工具链完成编译,最终通过常规MCU烧录流程将程序下载到Pulsar神经形态微控制器中,完成端侧部署。整个开发流程完全贴合传统AI开发者的使用习惯,从根本上降低了神经形态计算的落地门槛。在本次MWC26 上海的Innatera展位(展位号:N3.F40)上,普通开发者也尝试快速完成SNN应用的开发与部署。

欢迎莅临MWC26上海展会N3.F40展位,了解神经形态计算如何赋能下一代智能设备。点击或复制链接https://calendly.com/lets-meet-innatera/mwc-shanghai-2026?utm_medium=website 即刻预约与Innatera团队会面,以探索传感器边缘AI的早期采用者如何获得竞争优势。

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