莱迪思CrossLink-NX FPGA为网络边缘实现嵌入式视觉和AI应用

嵌入式视觉开发人员对于在他们的设计中增添AI/ML技术越来越感兴趣，从而赋予目标计数或存在检测等应用所需要的智能。然而，在嵌入式视觉应用中支持AI/ML充满挑战，尤其是嵌入式视觉系统的复杂性与日俱增。例如，为了提高AI/ML结果的准确性，嵌入式视觉系统需要使用更多的传感器和更高分辨率/更高帧率的摄像头。与此同时，嵌入式视觉的设计人员希望使用符合MIPI标准的组件。MIPI起初是为移动市场开发的，如今，各类应用的设计人员开始寻找方法来利用MIPI组件高性能和规模经济的优势。

图1：随着嵌入式视觉系统越来越复杂，对于支持特定性能的硬件的需求也在增加

Moor Insights＆Strategy的行业分析师Pat Moorhead以一直以来都密切关注AI/ML技术的趋势，他这样总结道：

“5G互连、云端分析、工厂自动化和智能家居等技术趋势正推动市场对支持机器学习的嵌入式视觉解决方案的需求。然而，由于基于云端的机器学习会带来数据延迟、成本和隐私问题，开发人员需要将更多数据处理工作从云端转移到网络边缘。但是，这要求OEM厂商使用拥有高性能数据处理、以低功耗运行且尺寸较小的网络边缘AI/ML推理解决方案。”

为了帮助开发人员在新的或现有网络边缘设计上新增AL/ML功能，莱迪思推出了基于全新Nexus™ FPGA技术平台的首款FPGA系列——CrossLink-NX™。CrossLink-NX FPGA拥有高效能、小尺寸、高稳定性和高性能等实现创新的网络边缘嵌入式视觉解决方案所需的特性，可应用于工业、汽车、计算、移动设备以及监控和安防等莱迪思的几大目标市场。CrossLink-NX不仅能够实现网络边缘计算，还重新定义了人们对小型FPGA性能的期望，表现优于同类型竞品。

图2：CrossLink-NX FPGA结合了低功耗、高性能FPGA架构与高速I/O，为嵌入式视觉应用实现AI/ ML功能

尽管CrossLink-NX拥有许多可以提高嵌入式视觉AI/ML性能的特性，在此我们主要关注两个方面：全新的FPGA架构和CrossLink-NX的I/O支持。

CrossLink-NX是由莱迪思设计、基于Nexus FPGA技术平台制造的，可提供最多40K逻辑单元、大容量存储器（平均每个逻辑单元有170 bit存储空间，拥有同类产品中最高的存储与逻辑比）和用于数据处理的DSP模块。这为CrossLink-NX提供了在网络边缘设备上进行AI/ML推理所需的处理能力，因而无需将数据上传到云端进行分析。通过在芯片上处理AI/ML需求，开发人员可以解决数据延迟、成本和隐私问题。

CrossLink-NX比市场上同类产品提供更多可靠的I/O支持。为了帮助开发人员将CrossLink-NX连接到嵌入式视觉系统的其他MIPI组件，CrossLink-NX还支持最多8个MIPI D-PHY物理通道，传输速率达2.5 Gbps。此外，该产品还拥有12个可编程MIPI D-PHY端口，保证了数据在芯片上传输时不会出现数据瓶颈问题。CrossLink-NX的I/O可在3毫秒内完成自我配置，整个器件的配置只需15毫秒。这在某些嵌入式视觉应用（例如工业和汽车应用）中至关重要，此类应用中的设备需要立即准备就绪采取自主行动，从而确保用户及其财产安全。

上述及以下关于性能的表述是基于CrossLink-NX和竞争对手的两款逻辑密度相当的FPGA大量基准对标测试的结果。

• 与同类竞品相比，CrossLink-NX的功耗降低多达75％。由于功耗极低，即便使用电池供电的网络边缘设备也可以在本地处理AI/ML数据，无需将其上传到云端进行分析
• CrossLink-NX的封装尺寸小至3.7 mm x 4.1 mm，比同类竞品小90％。这有利于开发人员轻松地将AI/ML处理功能添加到新设计或现有设计中，而不必增加总体设计尺寸。
• 得益于其电路的物理特性以及对ECC和SEC的支持，CrossLink-NX FPGA拥有极高的可靠性。尤其是对软错误（高能粒子撞击FPGA中的晶体管并损坏性能的现象）的抵抗能力是同类竞品的100倍。

图3：莱迪思CrossLink-NX系列有两种逻辑密度（7K和14K逻辑单元）和多种封装

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