隨著AI與智能硬件的不斷融合，AI智能眼鏡已經(jīng)不再是科幻作品中的產(chǎn)物，而是真正走進了大眾生活。如今，市場上涌現(xiàn)出形態(tài)各異、功能豐富的AI眼鏡新品，覆蓋了從隨身助理到健康管理的多元應用場景。操作的便捷性成為AI眼鏡的一大亮點：用戶無需頻繁掏出手機，便可以流暢實現(xiàn)提詞、拍攝、物體識別、實時翻譯、導航、健康監(jiān)測、支付等操作，其無限的應用可能性被喻為“承載人機交互應用的極佳載體”。 

AI眼鏡的電力挑戰(zhàn)

AI眼鏡面臨的主要挑戰(zhàn)在于電池續(xù)航能力。受限于設備本身的重量，AI眼鏡所配備的電池容量通常僅為200~300mAh。為了支持多樣化的應用場景，相關高性能應用處理器多采用6nm及以下的先進工藝節(jié)點。雖然該制程下的芯片具備卓越的動態(tài)運行性能，但同時帶來了嚴重的漏電問題——隨著工藝節(jié)點的微縮，芯片的漏電流呈數(shù)十倍增長。高漏電流與有限電池容量之間的矛盾顯著縮短了產(chǎn)品的實際使用時間，對用戶體驗構成負面影響。

AI眼鏡的主流架構

當前市面上的AI眼鏡解決方案主要采用兩種主流架構。

1. “應用處理器+協(xié)處理器”架構

“應用處理器+協(xié)處理器”方案能夠給用戶帶來更豐富的功能體驗。應用處理器基于先進工藝制程，芯片偏重于高性能，通常支持高分辨率攝像頭、視頻編碼、高性能的神經(jīng)網(wǎng)絡處理單元，Wi-Fi和藍牙通信。協(xié)處理器通常采用成熟工藝技術芯片，芯片通常使用長通道晶體管和短通道晶體管結合，芯片側重常開模式下低主頻運行功耗和靜態(tài)功耗。協(xié)處理器通常具有完整的音頻接口和相當?shù)囊纛l處理能力，可以支持語音喚醒，語音通話和音樂播放。圖像處理器GPU和顯示接口可以支持矢量文字，圖片的繪制，內(nèi)置的AI運算處理單元還可以加速語音識別，降噪等音頻算法。

“應用處理器+協(xié)處理器”架構框圖

1. “低功耗處理器” 主控架構

“低功耗處理器” 主控方案更加注重眼鏡重量，佩戴的舒適性和使用時長。重量是眼鏡用戶體驗最核心的因素之一。低功耗處理器作為AI眼鏡的主控制器可以更大規(guī)模減少外圍電源器件的數(shù)量和電池體積，從而可以使眼鏡重量控制在30g以內(nèi)。

低功耗處理器主控架構框圖

i.MX RT：突破架構創(chuàng)新和電池續(xù)航瓶頸

i.MX RT500、i.MX RT600和i.MX RT700是恩智浦i.MX RT低功耗產(chǎn)品系列的三款芯片。這些芯片作為協(xié)處理器，目前被廣泛應用于全球多家客戶的創(chuàng)新 AI 眼鏡設計中。

i.MX RT500 Fusion F1 DSP可以支持智能眼鏡的語音喚醒，音樂播放和通話功能。同時, 圖形處理器和顯示接口最大可以支持VGA分辨率的圖像顯示。i.MX RT600主要作為智能眼鏡的音頻協(xié)處理器，最大主頻600MHz的HiFi4處理器可以支持絕大多數(shù)的降噪，波束成形及喚醒算法。i.MX RT500、i.MX RT600在芯片設計層面應用了多項低功耗技術，如I3C總線、動態(tài)電壓調(diào)節(jié)、低靜態(tài)功耗SRAM、工藝-電壓-溫度傳感器、低功耗時鐘源、時鐘，電源域開關等。

i.MX RT700是i.MX RT系列的最新一代產(chǎn)品，采用雙DSP（HiFi4/HiFi1）架構，支持多種復雜度的算法處理。其2.5D GPU顯示控制器, 和MIPIDSI 接口可以支持最大720P、每秒60 幀圖形顯示。同時，i.MX RT700配備了Neutron神經(jīng)網(wǎng)絡加速單元，結合eIQ軟件開發(fā)環(huán)境，能快速部署機器學習應用，極大簡化客戶開發(fā)流程。

i.MX RT700在低功耗設計方面實現(xiàn)了進一步優(yōu)化，其動態(tài)功耗相比i.MX RT600降低了45%，而靜態(tài)功耗僅為i.MX RT600的20%。i.MX RT700通過“精細化分區(qū)設計”實現(xiàn)功耗優(yōu)化，片上系統(tǒng)分成了主計算區(qū)域（main compute domain）、傳感器計算區(qū)域（sense compute domain）、媒體區(qū)域（media domain）、 電源控制區(qū)域、共享區(qū)域、DSP區(qū)域及常開區(qū)域（Always-on domain）。這些區(qū)域均可通過電源開關實現(xiàn)獨立的開啟與關閉，部分區(qū)域還可根據(jù)運算頻率的變化動態(tài)調(diào)節(jié)電壓，實現(xiàn)性能與能耗的最優(yōu)平衡。

AI眼鏡省電秘訣：基于應用場景切換模式

作為AI眼鏡中的協(xié)處理器，i.MX RT700能夠基于不同的應用場景，通過靈活配置電源管理和時鐘域，實現(xiàn)角色切換：既可作為高性能多媒體數(shù)據(jù)處理的AI計算單元，也可在超低功耗狀態(tài)下，作為語音輸入傳感器樞紐（Sensor Hub）進行數(shù)據(jù)處理。

智能眼鏡主要依賴語音控制實現(xiàn)用戶交互，因此語音喚醒是使用時間最長的場景，也是決定AI眼鏡電池壽命的關鍵。在主流方案中，協(xié)處理器需要保持激活狀態(tài)以確保接收用戶的語音命令，而在嘈雜環(huán)境下進行語音識別還需要降噪算法的參與?；诖擞脩魣鼍?，i.MX RT700可以被配置為傳感器模式，此時只有HiFi1 DSP、 DMA、 MICFIL、SRAM、電源控制（PMC）等少數(shù)模塊處于活動狀態(tài)，MICFIL用于麥克風信號的采集，DMA用于麥克風信號的搬運，HiFi1 用于號的降噪和喚醒算法執(zhí)行，其他芯片的內(nèi)部模塊都處于掉電狀態(tài)。

i.MX RT700傳感器樞紐模式

另外，除了傳感器模式的應用，低功耗無失真音頻時鐘源FRO, 麥克風模塊的FIFO和硬件語音檢測（Hardware VAD），DMA喚醒等低功耗技術也保證i.MX RT700語音喚醒場景的系統(tǒng)功耗可以低至1.91 mW，在持續(xù)監(jiān)聽的同時最大限度節(jié)省電量。

對于視頻顯示的用戶場景，i.MX RT700可以配置為“高性能模式”。在此模式下，矢量圖形加速器GPU, 顯示控制器（LCDIF），顯示總線MIPIDSI及顯示緩存xSPI2都會使能。i.MX RT700的各個外設處于高頻運行模式。在“高性能模式”下，i.MX RT700 也支持MIPI ULPS (Ultra Low Power State)，動態(tài)電壓調(diào)節(jié)等低功耗技術。

i.MX RT700 高性能圖像渲染模式 

i.MX RT700用到的低功耗技術還包括狀態(tài)保持（State Retention Power Gated），開關電容電壓轉化模塊（Switched Capacitor Power Converter）, 聚合電源管理（Aggregated Power Management）等等。

作為AI/AR眼鏡的電源管理方案，PMIC也發(fā)揮著很重要的作用。PMIC不僅可為MCU和各種外設提供電源，其所集成的DVS功能可以配合MCU實現(xiàn)各種復雜的高/低頻率以及高/低功耗工作模式，以保證系統(tǒng)的整體功耗最優(yōu)，電池續(xù)航時間最長。

作為i.MX RT500/600的電源方案，PCA9420擁有315mA的電池充電能力，以及兩路buck和兩路LDO，可實現(xiàn)對i.MX RT500/600的電源軌全覆蓋。 

作為i.MX RT700的電源方案，PCA9422擁有640mA電池充電能力，基于軟件的電量計FLEXGAUGETM，三路buck輸出，四路LDO輸出，以及一個buck-boost輸出，不但能夠覆蓋i.MX RT700的電源軌需求，還能輕松駕馭各種外設的電源需求，提供一個整體的電源管理方案。 

隨著智能硬件與人工智能的不斷融合，選擇合適的低功耗高性能芯片成為產(chǎn)品創(chuàng)新的關鍵。i.MX RT系列憑借其深厚的技術積累，為AI眼鏡等前沿應用提供了堅實的基礎。

更多關于i.MX RT低功耗產(chǎn)品系列的產(chǎn)品信息，請訪問i.MX RT系列：MCU/跨界應用MCU_Arm®Cortex®-M7 | NXP 半導體。另外，恩智浦還提供大量低功耗，音視頻多媒體，人工智能等應用文檔供開發(fā)者參考。

作者：爾賓

恩智浦邊緣處理事業(yè)部MCU應用技術經(jīng)理，畢業(yè)于北京工業(yè)大學，獲通信工程學士學位、電路與系統(tǒng)碩士學位，于2008年加入恩智浦半導體公司后，專注于IIoT低功耗微控制器產(chǎn)品的應用開發(fā)和產(chǎn)品支持。