从2020年第2期开始，《单片机与嵌入式系统应用》开始推出“卷首语”栏目，每期邀请一位业内专家围绕嵌入式技术针对时下热点分享自己的观点，以飨广大嵌入式技术从业者/爱好者。今天发表的这篇文章是2021年第1期的卷首语！
卷首语
AIoT时代，计算机技术的新机遇与新挑战
陈渝
清华大学计算机系
2020年，新冠疫情爆发，中美关系的变化带来很多不确定因素，AIoT领域同样出现很多变化：华为逐步推出鸿蒙系统；小米推出物联网软件平台小米Vela；苹果公司接连推出A14、M1等基于ARM的CPU，逐步开始淘汰x86 CPU；微软的Azure RTOS，Google的Fuchsia OS也在做着各种云、边、端的技术调整和创新。不仅仅是人工智能和机器学习，下一个技术和产业的新突破即将到来，大家都试图通过软硬件结合带来的连贯用户体验打通从数据中心、服务器、桌面、移动端、物联网的整个AIoT产业生态。
2021年已经到来，唯一不变的是变化本身！传统的面向嵌入式、桌面、服务器和数据中心的CPU硬件和操作系统是否能匹配逐步浮出水面的AIoT巨大市场呢？回首1999年，物联网的概念被提出，即把各种物品通过射频识别等技术形成信息传感设备，并与互联网连接起来，实现智能化识别和管理。因此，物联网曾被称为继计算机、互联网之后信息产业发展的第三次浪潮。20多年过去了，我们看到中国不少高校开设了物联网专业，各种物联网应用在逐步发展，AI技术和5G的突飞猛进，进一步加强了物联网应用的智能和连接功能，人们在日常生活和工作中已经用上了各种智能产品，IoT已逐渐变成更加强大的AI+IoT，但物联网设备和服务好像还未像期望中那样无处不在。这是为什么呢？
这其中的原因是多方面的，比如物联网专业人才的培养与传统计算机专业的培养差别不大，最终就业还是以智能手机、嵌入式系统为代表的传统计算机领域；物联网设备在满足一定功能情况下，长时间运行的能力还不足；面向千差万别的物联网设备和服务的软件开发还无法形成规模效应；个人隐私问题还缺少有效的解决方案；满足各种物联网服务需求的云、边、端架构是一个统一的系统或独特的多个系统的存在形式还在探索中。
仅就端侧的计算机硬件和软件谈一下我的观点。5G的发展会加速AIoT在两个方面的发展。首先是CPU，虽然x86和ARM还是主流，但在端侧RISC-V逐渐崭露头角，并加速角逐各种AIoT设备。AIoT设备的差异性特征和应用需求的迫切性使得其普及性不仅取决于性能，还需考虑能否支持系统级敏捷软硬件协同定制、基于成本考虑的专用功能优化、能耗优化、高可靠的长期免维护运行等因素。对于操作系统，问题更复杂。传统的嵌入式操作系统已无法满足AIoT天然的分布式协同的需求。操作系统的功能外延会扩大，形成可支持分布式互联、互通、互操作、自适应、高可靠的新型操作系统，这就需要对操作系统从架构到设计上进行重新思考和实现。国内外各大公司的技术思路是渐进式的，即基于传统的嵌入式操作系统（或定制的Linux），在其上搭建一层分布式互操作环境，再在这层环境上开发各种框架并支持相关应用。这种设计方式，在单个公司来看是一种保险的做法。但其风险是公司之间很难形成一个统一的标准，使得应用开发花费很大；也许会出现一个类似桌面的微软或移动端的苹果公司来一统江湖。但由于AIoT的差异性极大，这样的公司短期内难以出现。还有一些面向AIoT端侧的全新操作系统的学术探索，比如Stanford大学提出了基于Rust语言的Tock OS，清华大学也提出同样基于Rust语言的rCore OS，两者都希望通过从编程语言、系统架构等方面重新设计操作系统，满足AIoT的各种应用与开发需求。近三年内，面向AIoT端侧的操作系统还会处于群雄争霸的战国时代。
未来，嵌入式系统将逐步进化为AIoT系统，通过分布式的协同服务满足人们在一个分布式场景中的各种新需求。AIoT相关的计算机技术将有很大的发展空间，让我们一起努力，迎接未来的挑战和机遇！祝各界朋友新年快乐，心想事成！
陈渝，清华大学计算机科学与技术系副教授，博士生导师，中国计算机学会普适计算专委会原秘书长。主要研究方向是操作系统，以操作系统为核心，涉及普适计算、并行计算、计算机体系结构、嵌入式系统、无线传感器网络等领域。负责和参与十余项课题的开发，其中包括独立申请的国家自然科学基金，博士后基金，北京市科技计划项目，863项目，985项目，国际合作和横向课题等。
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