NanoEdge AI Studio – новое семейство алгоритмов в одном универсальном решении от STMicroelectronics для искусственного интеллекта

4 февраля

автомобильная электроникапотребительская электроникаавтоматизацияинтернет вещейSTMicroelectronicsстатьяинтегральные микросхемыдатчикисредства разработки и материалыCortex-M4STM32IoTУмный дом

Компания STMicroelectronics представляет NanoEdge™ AI Studio V3 – автоматизированный инструмент для машинного обучения, особенностями которого являются два дополнительных семейства обучающих алгоритмов, упрощенная запись данных и обновленный пользовательский интерфейс.

Новое программное обеспечение подходит для большого количества сценариев применения, так как становится более доступным и понятным разработчикам приложений для встроенных систем. Набор пакетов AI Sprint помогает произвести начальную загрузку данных для проектов, в том числе благодаря сеансам обучения и технической поддержке. Данный продукт STMicroelectronics позволяет сделать машинное обучение доступным для более широкого круга пользователей. 

NanoEdge™ AI Studio

Проблемы создания приложений для машинного обучения

В 2019 году сотрудники ST Blog встретились с создателями Nano Edge AI, чтобы получить информацию о первом приложении для машинного обучения. Как правило, крупным компаниям, желающим получить преимущество на рынке, используя машинное обучение, приходится нанимать специалистов по анализу данных, которые собирают большое количество информации в течение не одного месяца, проверяют ее достоверность и создают модели искусственного интеллекта. Затем разработчики приложений для встроенных систем переносят результаты такой работы на микроконтроллеры или используют такие инструменты, как STM32Cube.AI для преобразования работы нейронных сетей в оптимизированный код для микроконтроллеров STM32. Когда бюджет компании серьезно ограничен, ей приходится экономить на найме специалиста по анализу данных, не говоря о том, что иногда требуется привлекать нескольких таких специалистов. Кроме того, бывают случаи, когда компания не может себе позволить даже аутсорсинг. К тому же, в некоторых ситуациях, связанных, например, с конфиденциальностью информации, компании необходим именно штатный сотрудник.

Даже при наличии надежных специалистов и неограниченных сроков получение качественных данны по-прежнему остается проблемой. Несмотря на все достижения в сфере машинного обучения, получение надежной обучающей выборки по-прежнему представляет серьезную проблему. Например, в случае, когда приложение пытается обнаружить аномальное поведение, данные могут быть недоступны. Несмотря на то, что многие пакеты данных подходят для успешного решения таких задач классификации, как, например, обнаружение аномалии, они совершенно бесполезны при выявлении новых проблем. Также важно брать данные хорошего качества, которое не всегда очевидно. Если в выборках содержится большое количество опечаток и пропущена информация, запись достоверных данных и точная их разметка могут потребовать серьезных затрат.

Повышение доступности приложений для машинного обучения

Nano Edge AI Studio – утилита, которая «общается» с разработчиками приложений для встроенных систем, даже если они не знакомы с анализом данных. Основной принцип технологии заключается в проведении фазы обучения, во время которой машина учится заданному сложному поведению и делает логические выводы на одном устройстве. Весь процесс может происходить на одном и том же микроконтроллере STM32, а взаимодействие с конечным пользователем может быть очень простым, например, посредством нажатия кнопки. Из этого следует, что инженеры могут подстраивать систему под локальную среду, делая ее более надежной и легкой в установке.

Nano Edge AI Studiо работает на Windows 10 или Ubuntu и является наилучшим вариантом программы для обработки данных, которая также подбирает самые актуальные библиотеки искусственного интеллекта. Процесс разработки приложений ориентирован на встраиваемые системы и бесшовную интеграцию в Си-файлы исходного кода. Проще говоря, Nano Edge AI Studio учитывает базовые требования, например, ЦПУ, память или датчики, и ищет наиболее подходящую библиотеку Nano Edge AI. Затем она создает библиотеку для STM32, которую разработчики могут успешно интегрировать в свои встроенные приложения. Обновленная утилита может предложить больше библиотек и возможностей для записи данных.

Что предлагает NanoEdge™ AI Studio

Два новых семейства алгоритмов

До сегодняшнего дня Nano Edge AI Studio поддерживала два алгоритма изучения:

  • обнаружение аномалий;
  • категоризация.

Преимущество версии Nano Edge AI Studio V3 в том, что эти два семейства алгоритмов могут использовать гораздо больше библиотек. Кроме того, текущие алгоритмы оптимизированы для увеличения производительности при существующих сценариях использования. Таким образом, при переходе на новую версию программы разработчики приложений для встроенных систем получат усовершенствованное управление ресурсами или более быстрое выполнения задач.

Данный инструмент также включает в себя два новых алгоритма:

  • экстраполяцию;
  • поиск исключений.

Первый алгоритм, также называемый регрессией, позволяет предсказывать поведение в непроверенных условиях и сопоставляет связи между многочисленными переменными. Например, раньше наборы данных позволяли предсказать поведение вентилятора при 100°С, 110°С и 150°С. Теперь, благодаря алгоритму регрессии, приложение по машинному обучению может экстраполировать поведение и при температуре 160°С. Алгоритм экстраполяции в Nano Edge AI Studio – это не только линейная регрессия, но и более совершенные техники анализа данных, позволяющие решать сложные проблемы. С его помощью разработчики могут создавать приложения, контролирующие то, что специалисты по анализу данных не могут протестировать сами (рисунок 1).

Рис. 2. Поддержка плат Nucleo интегрирована в Nano Edge AI Studiо

Рис. 1. Поддержка плат Nucleo интегрирована в Nano Edge AI Studiо

Второй алгоритм представляет собой систему обнаружения исключений, которая использует один класс значений. Это значит, что система обучается распознавать только нормальное поведение, и все, что отклоняется от нормы, система считает аномалией. Ранее при использовании системы обнаружения аномалий разработчики записывали бы нормальное поведение, а затем симулировали одну или более аномалий. Как уже упоминалось выше, все варианты поведения можно было изучить на одном и том же микроконтроллере, что значительно упрощает процесс. Однако в некоторых случаях воспроизведение аномалий просто невозможно, поэтому алгоритм обнаружения исключений может использовать данные нормального режима работы для определения аномалий в такой ситуации. 

Новые функции для легкой записи данных

Специалисты по анализу данных могут столкнуться с необходимостью срочно вывести конечный продукт на рынок и попасть в тупик, поскольку данные из реальной практики не всегда являются самыми надежными, не говоря уже о временных рамках выхода на рынок. Новая функция записи данных превращает пакет STMicroelectronics STWIN SensorTile Wireless Industrial Node в самый простой инструмент сбора данных. Пользователю достаточно подключить плату к компьютеру и использовать Nano Edge AI Studio для перехода в режим записи данных. После этого запись данных производится автоматически. Инженеры могут подключить плату STWIN к своему оборудованию и отслеживать процесс. Датчики запишут данные, которые разработчики затем могут пометить и проанализировать, создавая таким образом более точные приложения.

Новый графический интерфейс пользователя

Еще одной важной отличительно особенностью новой версии Nano Edge AI Studio является усовершенствованный пользовательский интерфейс. С появлением новых алгоритмов и функций сбора данных возникла острая необходимость усовершенствовать процесс взаимодействия программы с пользователем, а также упросить рабочий процесс для разработчиков. Библиотеки новой версии максимально оптимизированы и не занимают много места: их размер составляет не более 1 кбайт. В связи с этим возникла необходимость улучшения доступа к алгоритмам, чтобы разработчики имели возможность легко выбирать категорию проекта и быстро создавать свои собственные библиотеки.

Использование NanoEdge™ AI Studio для встраиваемых приложений

Автоматизация машинного обучения с NanoEdge™ AI Studio

До появления Nano Edge AI Studio инженерам приходилось связываться с поставщиками ПО, анализировать конфигурацию их оборудования и отслеживать поведение системы. Новый инструмент позволяет разработчикам изменять и создавать индивидуальные библиотеки для обучения, а также проверять их работоспособность. Утилита сначала предлагает пользователю выбрать в системе архитектуру Cortex-М и датчик. Затем импортируется файл со значениями, которые отражают типичное поведение оборудования. Это могут быть данные акселерометра на вентиляторе или электрические параметры промышленного оборудования. Nano Edge AI Studio автоматически тестирует, оптимизирует и выбирает наилучшие комбинации алгоритмов среди сотен миллионов возможных, в результате создавая индивидуальную библиотеку, которую разработчики могут проверить при помощи встроенного эмулятора.

Nano Edge AI Studio поддерживает все макетные платы STMicroelectronics непосредственно в своем интерфейсе. Доступность оптимизированных и бесплатных библиотек упрощает запуск проверки концепции. Например, в руководстве умного вибрационного датчика говорится, что пользователи могут использовать макетную плату NUCLEO-L432KC для записи данных о нормальном поведении вентилятора (рисунок 2). Затем данные можно выгрузить в Nano Edge AI Studio и получить библиотеку. К ней можно обращаться во время основанного цикла и провести минимальное количество циклов обучения, заранее определенных исходными показателями в новой программе, перед тем как переходить к логическим выводам. Библиотеки Nano Edge AI Studio помогают быстро создать приложения, которые используют диагностическое обслуживание, интеллектуальное обеспечение безопасности и многое другое.

Рис. 3. Датчик вибрации и плата Nucleo

Рис. 2. Датчик вибрации и плата Nucleo

Начальная загрузка проектов с Edge AI Sprint

Порой у заказчиков не получается оценить или проверить на практике преимущества, которые искусственный интеллект может дать их приложению. Стоит отметить, что Edge AI Sprint является больше чем утилитой для быстрого и правильного запуска приложений – это целая система поддержки разработок, которая помогает обойти все подводные камни при разработке приложений и проработке сценариев использования. Edge AI Sprint – это пакет, включающий в себя сеансы обучения, лицензионную версию Nano Edge Studio и техническую поддержку. В зависимости от сложности проектов, команды разработчиков могут сами выбирать период действия лицензии, который позволит им достичь конечного результата. Edge AI Sprint, предназначенный для быстрого прохождения начальных этапов, не только снижает риски и экономит средства, но и увеличивает шансы проекта на успех.

Оригинал статьи

Перевела Анна Конева по заказу АО КОМПЭЛ

•••

Наши информационные каналы

О компании STMicroelectronics

Компания STMicroelectronics является №1 производителем электроники в Европе. Компоненты ST широко представлены в окружающих нас потребительских товарах – от iPhone до автомобилей разных марок. Лидеры индустриального рынка выбирают компоненты ST за их надежность и выдающиеся технические параметры. В компании ST работает 48 000 сотрудников в 35 странах. Производственные мощности расположены в 12 странах мира. Более 11 тысяч сотрудников заняты исследованиями и разработками – инновационное лидерство ...читать далее

Товары
Наименование
NUCLEO-L432KC (ST)
STEVAL-MKSBOX1V1 (ST)
LSM6DSOXTR (ST)
LSM6DSOX (ST)
LIS2DW12TR (ST)
LIS2DW12 (ST)
LIS3DHHTR (ST)
STM32H743I-EVAL2 (ST)
STM32H747I-DISCO (ST)
STM32G031J6M6 (ST)
STM32G0316-DISCO (ST)
STM32G474E-EVAL (ST)
STM32G431C6U6 (ST)
STM32F411E-DISCO (ST)
STM32F405OEY6TR (ST)
STM32F723ZET6 (ST)
STM32F769I-DISCO (ST)