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ラティス CrossLink-NX FPGA: エンベデッドビジョンとAIをエッジで実現

CrossLink-NX Blog
Posted 12/10/2019 by PJ Chiang

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エンベデッドビジョン開発者の間で、AI / ML 技術を設計に追加して、オブジェクトカウントやプレゼンス検出などのアプリケーションを実行するために必要なインテリジェンスを実装することに関心が高まっています。しかし、エンベデッドビジョンアプリケーションで AI / ML をサポートすることは、特にエンベデッドビジョンアプリケーションがますまず複雑になるため、困難な場合があります。例えば、AI / ML 結果の精度を向上させるために、より多くのセンサと高解像度 / 高フレームレートカメラがエンベデッドビジョンに追加されています。同時にエンベデッドビジョン開発者は、MIPI 規格に準拠した部品の仕様を検討しています。もともとモバイル市場向けに開発されており、MIPI 規格に準拠した部品が提供する高い性能と経済性を活用する方法を模索しています。

CrossLink-NX Blog Block Diagram

図1: 組み込みビジョンシステムの複雑さが増すにつれて、特定のパフォーマンスをサポートするハードウェアの必要性が高まっています。

Moor Insights & Strategy社の業界アナリスト Pat Moorhead 氏は、AI / ML のトレンドを追跡していて、これらの問題を要約しています:

「5G、クラウドベース解析、ファクトリーオートメーション及びスマートホームなどのテクノロジートレンドは、機械学習を使ったエンベデッドビジョンソリューションの需要を促進しています。ただし、クラウドベースの ML 解析によるデータ遅延、コスト及びプライバシーの問題により、クラウドからエッジにさらに多くのデータ処理を移行することに関心が寄せられています。しかし、それを実現するために OEM は高性能データ処理、低消費電力、小型形状のエッジAI / ML 推論ソリューションを用意する必要があります。」

新規および既存のエッジデバイス設計に AI / ML 機能を追加するために、ラティスは、新しいラティス・ネクサス (NexusTM)・プラットフォームからの最初のFPGA ファミリである CrossLink-NX™ を発表しました。CrossLink-NX FPGA は、ラティスの多くのターゲット市場 (産業機器、車載機器、コンピューティング、モバイル、監視、セキュリティ) でエッジ向けエンベデッドビジョンソリューションを実現するために必要とされるエネルギー効率、小型形状、高信頼性、ハイパフォーマンスを提供します。CrossLink-NX は、エッジコンピューティングを実現するだけでなく、小型 FPGA が提供する性能への期待を再定義し、同クラスの競合デバイスよりも優れた性能を発揮します。

CrossLink-NX Blog Trends

図2: CrossLink-NX FPGAは、低消費電力の高性能 FPGA ファブリックと高速 I/O を組み合わせて、エンベデッドビジョンに AI / ML 機能を提供します。

エンベデッドビジョンに AI / MLの機能を追加するための CrossLink-NX の機能は多数ありますが、このブログでは新しい FPGA ファブリックと CrossLink-NX のI/Oの2つに焦点を当てます。

ラティスによって再設計され、ラティス・ネクサス・プラットフォームで製造された CrossLink-NX の FPGA ファブリックは、最大 40K ロジックセル、多くのメモリ (1ロジックセルあたり 170 ビットのメモリ、同クラスの FPGA と比較して最大のメモリ-ロジック比) とデータ処理用の DSP ブロックを提供します。これにより、CrossLink-NX は、分析のためにデータをクラウドにアップロードすることなく、エッジデバイスでの AI / ML 推論処理能力を提供します。AI / ML 処理をチップ上で処理することにより、データレイテンシ、コスト、プライバシーの問題に対処することができます。

CrossLink-NX は、市場で販売されている競合のデバイスより優れた I/O サポートを提供します。CrossLink-NX をエンベデッドビジョンシステムで MIPI デバイスと接続できるように、CrossLink-NX はハードウェア MIPI D-PHY 2.5Gbps 最大 8 レーン を提供します。プログラマブル I/O に実装可能なソフトウェア MIPI D-PHY 1.5Gbps 最大 12 レーンも提供します、CrossLink-NX は内部でも外部でもデータボトルネックの問題は発生しません。CrossLink-NX の I/O は 3 ms 以下で起動し、デバイス全体では 15 ms で起動します。これは自律的な動作を行い、ユーザとプロパティを安全に保つために、システムを瞬時に起動する必要がある、ミッションクリティカルなエンベデッドビジョンアプリケーション (例えば産業機器や車載機器) にとって非常に重要です。

上記および下記の性能比較は、CrossLink-NX と同規模のロジックサイズを持つ2つの競合他社 FPGA を社内競合ベンチマークテストした結果に基づいています。

  • CrossLink-NXは、同クラスの競合デバイスと比較して消費電力を最大75%削減します。この低消費電力でバッテリー駆動のエッジデバイスが、AI / ML データを分析のためにクラウドにアップロードせずにローカルで処理を行うことができます。
  • CrossLink-NX FPGA は同規模の競合デバイスよりも最大 90% 小型です。これにより全体的な基板サイズを増やすことなく、AI / ML 処理機能を新規または既存の設計に追加することができます。
  • 回路の物理的特性とオンボード ECC および SEC 機能により、CrossLink-NX FPGA は非常に高い信頼性を提供します。具体的には、CrossLink-NX FPGA は、同クラスの競合デバイスよりもソフトエラー (高エネルギー粒子がFPGA内のトランジスタに衝突して起こるエラーによって引き起こされる現象) に対して100倍の耐性があります。
  • 3.7 mm x 4.1 mmという小さなパッケージサイズがラインナップされた CrossLink-NX は、同クラスの競合デバイスよりも最大 90% 小型で、デバイスを新規または既存のエンベデッドビジョンシステムに簡単に追加できます。

CrossLink-NX Blog Family Table

図3: ラティスCrossLink-NXファミリは、2つのロジックサイズ (7K、40K LC) と各種パッケージを提供します。

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