A Ultralytics e a STMicroelectronics uniram esforços para implementar modelos YOLO com eficiência em microcontroladores de baixo consumo energético e obter inferências precisas em tempo real na periferia da rede.
Com o aumento da adoção de IA em diferentes setores, cresce a demanda por soluções de alto desempenho e baixo consumo de energia, capazes de executar inferência em tempo real na borda. Para atender a essa necessidade tecnológica, a STMicroelectronics lançou o microcontrolador STM32N6, que conta com uma unidade de processamento neural (NPU) integrada, projetada para cargas de trabalho de IA embarcada.
Ao executar modelos Ultralytics YOLO no STM32N6, a STMicroelectronics demonstrou que é possível ter IA visual incorporada precisa e eficiente em microcontroladores, criando novas oportunidades para inteligência escalável no dispositivo em setores como as cidades inteligentes, os cuidados de saúde e a eletrónica de consumo.
Explorar a IA visual para dispositivos de baixo consumo energético na periferia da rede#
A STMicroelectronics é líder mundial em tecnologia de semicondutores, com mais de 50 000 funcionários e mais de 200 000 clientes em todo o mundo. A empresa concebe e fabrica chips que possibilitam aplicações que vão dos veículos elétricos e equipamentos industriais aos dispositivos domésticos inteligentes e à eletrónica de consumo.
À medida que mais setores recorrem à IA para tornar os dispositivos mais inteligentes e responsivos, a STMicroelectronics tem-se dedicado a disponibilizar essas capacidades diretamente na periferia da rede. Por exemplo, o microcontrolador STM32N6 da empresa, um chip potente e energeticamente eficiente, consegue executar tarefas de IA no dispositivo, como a visão computacional.
Para ajudar os programadores a criar aplicações de visão incorporada no STM32N6, a STMicroelectronics procurou modelos flexíveis e de elevado desempenho que funcionassem com eficiência num microcontrolador. Os modelos Ultralytics YOLO revelaram-se uma excelente opção, oferecendo uma combinação fiável de velocidade, precisão e facilidade de integração.
Os desafios da implementação de sistemas incorporados com IA#
Antes de o conceito de IA de borda se popularizar, os modelos de visão computacional geralmente eram desenvolvidos para funcionar em sistemas grandes e centralizados, como servidores em nuvem ou GPUs (unidades de processamento gráfico). Essas plataformas ofereciam a capacidade computacional necessária para treinar e implantar modelos grandes, mas também apresentavam limitações, como alto consumo de energia, dependência de rede, latência e custos operacionais elevados.
À medida que crescia o interesse na implementação de aplicações em tempo real mais inteligentes em setores como os cuidados de saúde, a eletrónica de consumo e as cidades inteligentes, tornou-se evidente que aproximar o processamento de IA do local onde os dados são gerados, ou seja, do próprio dispositivo, era uma necessidade técnica e uma oportunidade estratégica.
No entanto, executar modelos de IA em microcontroladores de baixo consumo energético pode ser um desafio. Estes dispositivos têm geralmente memória, capacidade de computação e energia limitadas, o que dificulta a implementação de modelos de visão complexos sem comprometer o desempenho ou a precisão.
A STMicroelectronics precisava de identificar um conjunto de modelos suficientemente versátil para proporcionar capacidades fiáveis de visão computacional em tempo real no seu microcontrolador STM32N6, sem exigir que os programadores simplificassem drasticamente os seus modelos ou fluxos de trabalho. O objetivo era oferecer IA relevante no dispositivo, respeitando as limitações rigorosas dos sistemas incorporados.
Implementação simplificada de modelos YOLO em microcontroladores#
Para viabilizar IA avançada em dispositivos embarcados de baixo consumo, a STMicroelectronics lançou o STM32N6, um microcontrolador de alto desempenho equipado com o Neural-ART Accelerator™. Trata-se de uma unidade de processamento neural (NPU) desenvolvida internamente e especificamente para cargas de trabalho de IA de borda. Essa tecnologia permite que os desenvolvedores executem inferência de IA diretamente no dispositivo, reduzindo a dependência da computação em nuvem e melhorando a velocidade, a capacidade de resposta e a eficiência energética.
A STMicroelectronics firmou parceria com a Ultralytics para avaliar e demonstrar os recursos do STM32N6, executando modelos Ultralytics YOLO no microcontrolador. Conhecidos pelo equilíbrio entre velocidade e precisão, os modelos Ultralytics YOLO são adequados para ambientes com recursos limitados e implantações embarcadas.
Fig. 1. Um exemplo da execução de um modelo Ultralytics YOLO no STM32N6.
Ao executar várias variantes de modelos YOLO diretamente no STM32N6, a STMicroelectronics conseguiu demonstrar diversos casos de utilização de IA visual, como a deteção de objetos, a classificação e o rastreamento, respeitando os limites de energia e memória de um microcontrolador. Esta colaboração oferece aos programadores uma opção fiável para implementar sistemas incorporados com IA em tempo real, utilizando modelos visuais escaláveis e prontos para produção.
Por que escolher os modelos Ultralytics YOLO?#
Os modelos Ultralytics YOLO ofereceram à STMicroelectronics a combinação adequada de precisão, eficiência e versatilidade necessária para sistemas incorporados com IA. Os modelos são suficientemente leves para funcionar em microcontroladores de baixo consumo energético, como o STM32N6, mas também suficientemente potentes para proporcionar deteção de objetos e segmentação de instâncias em tempo real.
Por exemplo, ao executar o modelo YOLOv8n da Ultralytics na resolução de 256 por 256 no STM32N6, o sistema atingiu 34 quadros por segundo, com cada inferência levando cerca de 29 milissegundos. As medições de consumo de energia mostraram que ele usou apenas 9,4 milijoules por inferência, tornando-o adequado para tarefas de visão em tempo real em dispositivos de baixo consumo.
O suporte a várias variantes de modelos YOLO dá aos programadores flexibilidade para otimizar a velocidade, o tamanho ou a precisão, consoante as limitações da aplicação. A arquitetura fácil de integrar, juntamente com o forte apoio da comunidade e da documentação, tornou o Ultralytics YOLO uma escolha natural para o objetivo da STMicroelectronics de acelerar a adoção da IA visual numa vasta gama de casos de utilização incorporados.
Através de uma licença empresarial da Ultralytics, a STMicroelectronics disponibiliza aos clientes acesso ao conjunto completo de modelos YOLO para testes e desenvolvimento internos. No entanto, para qualquer implementação comercial, os clientes têm de solicitar a sua própria licença comercial diretamente à Ultralytics através do formulário de licenciamento. Isto garante a conformidade e apoia um percurso escalável para soluções de IA visual prontas para produção.
Das cidades inteligentes aos cuidados de saúde: IA escalável na periferia da rede em ação#
A capacidade de executar modelos Ultralytics YOLO diretamente no microcontrolador STM32N6 abriu uma vasta gama de aplicações de IA visual para a STMicroelectronics e o seu ecossistema de programadores. Ao proporcionar inferências rápidas e precisas no dispositivo, sem depender de processamento externo ou de uma ligação à nuvem, esta solução permite implementar funcionalidades inteligentes em sistemas compactos e de baixo consumo energético.
Os clientes estão explorando casos de uso em diversos setores, como detecção de pedestres e veículos em tempo real na infraestrutura de cidades inteligentes, verificações de segurança e controle de qualidade no dispositivo para automação industrial e diagnósticos assistidos por IA em ferramentas portáteis de saúde. Da mesma forma, no setor de eletrônicos de consumo, os modelos YOLO viabilizam recursos responsivos, como detecção de presença, reconhecimento de gestos e rastreamento de objetos, tudo dentro das limitações de desempenho de dispositivos alimentados por bateria.
A criar hoje as soluções de IA visual do futuro#
À medida que a IA continua a evoluir, a STMicroelectronics procura facilitar a disponibilização de soluções potentes e eficientes em dispositivos de periferia. Ao trabalhar em estreita colaboração com parceiros como a Ultralytics, a empresa ajuda os programadores a começar mais depressa, com modelos, ferramentas e recursos compatíveis com STM32 prontos a utilizar.
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