什麼是邊緣人工智慧?
邊緣人工智慧(Edge AI)是人工智慧(AI)與邊緣運算的結合。邊緣人工智慧讓智慧裝置如智慧型手機、攝影機、機器人或物聯網設備能直接在裝置端分析並做出決策,而非將資料傳送至雲端處理。此方法有助於降低延遲、節省頻寬、提升安全性並提供即時反應能力。
邊緣人工智慧(有時稱為「邊緣AI」)指的是在本地裝置(感測器、攝影機、智慧型手機、工業閘道器等)上執行人工智慧與機器學習模型,而非在遠端資料中心運算。換句話說,網路的「邊緣」—資料產生的地方—負責運算。這讓裝置能即時分析收集到的資料,而不必持續將原始資料傳送到雲端。
邊緣人工智慧實現了無需依賴中央伺服器的即時本地處理。例如,具備邊緣AI的攝影機能即時偵測並分類物體,提供即時回饋。透過本地處理,邊緣AI即使在網路連線不穩或斷線時也能運作。
— IBM 研究
總結來說,邊緣人工智慧將運算更接近資料來源—在裝置或鄰近節點部署智慧,加快反應速度並減少將所有資料傳送至雲端的需求。
邊緣AI與雲端AI:主要差異
與傳統的雲端AI(將所有資料傳送至集中伺服器)不同,邊緣AI將運算分散到現場硬體。下圖展示了簡單的邊緣運算模型:終端裝置(底層)將資料傳送至邊緣伺服器或閘道器(中層),而非僅傳送至遠端雲端(頂層)。

在此架構中,AI推論可在裝置或本地邊緣節點執行,大幅降低通訊延遲。
傳統方式
- 資料傳送至遠端伺服器
- 因網路延遲導致較高延遲
- 需持續連線
- 計算資源無限制
- 資料傳輸隱私疑慮
現代方式
- 裝置本地處理
- 毫秒級反應時間
- 必要時可離線運作
- 資源有限但效率高
- 強化隱私保護
延遲
邊緣AI將延遲降至最低。由於處理在本地,決策可在毫秒內完成。
- 對時間敏感任務至關重要
- 避免車禍事故
- 即時控制機器人
頻寬
邊緣AI透過本地分析或過濾資料,減輕網路負擔。
- 上傳資訊大幅減少
- 更有效且節省成本
- 降低網路擁塞
隱私/安全
敏感資料可在裝置端處理與儲存,避免傳送至雲端。
- 語音、影像、健康數據留在本地
- 降低第三方資料外洩風險
- 臉部辨識無需上傳照片
計算資源
邊緣裝置運算能力有限,但使用優化模型。
- 緊湊且量化的模型
- 訓練仍在雲端進行
- 尺寸受限但效率佳
邊緣AI的優勢
邊緣AI為使用者與組織帶來多項實際好處:

即時反應能力
- 即時物體偵測
- 語音回應系統
- 異常警示
- 擴增實境應用
降低頻寬與成本
- 監控攝影機只上傳威脅片段
- 減少持續串流
- 降低雲端主機費用
強化隱私
- 對醫療與金融至關重要
- 資料留在國內或機構內
- 符合隱私法規
節能與成本效益
- 降低電力消耗
- 減少伺服器成本
- 優化行動裝置使用
邊緣AI將高效能運算帶到邊緣,實現即時分析與提升效率。
— Red Hat 與 IBM 聯合報告
邊緣AI的挑戰
儘管有優勢,邊緣AI仍面臨重大挑戰:

硬體限制
邊緣裝置通常體積小且資源有限。可能僅配備中等CPU或專用低功耗NPU,記憶體有限。
- 需使用模型壓縮與剪枝技術
- 微控制器需TinyML技術
- 複雜模型無法完整執行
- 部分精度可能犧牲
模型訓練與更新
複雜AI模型的訓練通常仍在雲端進行,因為那裡有大量資料與運算能力。
- 模型必須優化並部署至每台裝置
- 維護數千裝置更新複雜
- 韌體同步增加負擔
- 分散系統版本控制困難
資料重力與異質性
邊緣環境多樣。不同地點可能收集不同類型資料,政策也因地區而異。
- 資料傾向留在本地
- 難以取得全球視角
- 裝置形態多樣
- 整合與標準化挑戰
邊緣安全
雖然邊緣AI提升隱私,但也帶來新的安全風險。每個裝置或節點都是駭客潛在目標。
- 模型必須防篡改
- 韌體安全要求
- 分散式攻擊面
- 需強化防護措施
連線依賴
雖然推論可本地執行,邊緣系統仍常依賴雲端連線處理重度任務。
- 模型再訓練需雲端存取
- 大規模資料分析需連線
- 分散結果彙整
- 連線限制可能成瓶頸
邊緣AI的應用案例
邊緣AI已在多個產業中實際應用,帶來顯著影響:

自駕車
自駕車利用車載邊緣AI即時處理攝影機與雷達資料,進行導航與避障。
- 無法承受將影像傳送伺服器的延遲
- 物體偵測在本地完成
- 即時行人辨識
- 無需連線即可車道追蹤
製造與工業4.0
工廠在生產線部署智慧攝影機與感測器,即時偵測缺陷或異常。
品質管控
邊緣AI攝影機能在輸送帶上即時發現瑕疵產品並觸發立即處理。
預測性維護
工業機器利用現場AI預測設備故障,避免停機。
醫療與緊急應變
攜帶式醫療設備與救護車現使用邊緣AI即時分析病患資料。
- 救護車內建超音波與AI分析
- 生命徵象監測異常偵測
- 即時警示急救人員內部傷害
- 加護病房即時監控與警報
智慧城市
城市系統利用邊緣AI進行交通管理、監控與環境感測。
交通管理
監控
環境監測
零售與消費物聯網
邊緣AI提升零售與消費應用的顧客體驗與便利性。
店內分析
智慧攝影機與貨架感測器即時追蹤顧客行為與庫存狀況。
行動裝置
智慧型手機在裝置端執行語音與臉部辨識,無需雲端存取即可解鎖與手勢識別。
健身追蹤
穿戴裝置本地分析健康數據(心率、步數),提供即時回饋。
促進技術與趨勢
邊緣AI的成長受益於硬體與軟體的雙重進步:

專用硬體
製造商打造專為邊緣推論設計的晶片。
- 低功耗神經加速器(NPU)
- Google Coral Edge TPU
- NVIDIA Jetson Nano
- 搭載AI擴充的Arduino與Raspberry Pi
TinyML與模型優化
工具與技術使神經網路能縮小至微型裝置可用。
- TensorFlow Lite優化
- 模型剪枝與量化
- 知識蒸餾
- 微控制器的TinyML
5G與連線技術
新一代無線技術提供高頻寬與低延遲連結,補足邊緣AI需求。
- 快速本地網路協調裝置
- 必要時卸載較重任務
- 智慧工廠與車聯網(V2X)通訊
- 強化邊緣裝置群集
聯邦學習
隱私保護方法允許多個邊緣裝置共同訓練模型,無需共享原始資料。
- 本地模型改進
- 僅分享模型更新
- 分散資料利用
- 強化隱私保護
這些技術持續推動邊緣AI的可能性,共同促成「AI推論時代」—將智慧更接近使用者與感測器。
結論
邊緣AI透過將運算移至資料來源,改變我們使用人工智慧的方式。它與雲端AI互補,提供在本地裝置上更快速、更高效且更具隱私的分析。
此方法解決了雲端架構固有的即時性與頻寬挑戰。實務上,邊緣AI驅動從智慧感測器、工廠到無人機與自駕車等多種現代技術,實現現場智慧。
隨著物聯網裝置普及與網路改善,邊緣AI將持續成長。硬體(強大微晶片、TinyML)與技術(聯邦學習、模型優化)進步使AI無處不在更容易實現。