萊迪思 CrossLink-NX? ：專(zhuān)注網(wǎng)絡(luò )邊緣嵌入式視覺(jué)處理

引言

網(wǎng)絡(luò )邊緣已迅速成為 AI 處理未來(lái)發(fā)展至關(guān)重要的一部分。隨著(zhù) 5G 連接數十億設備，互連將無(wú)處不在。市場(chǎng)對應用人工智能和機器學(xué)習（AI/ML）的興趣不斷增長(cháng)，對于在網(wǎng)絡(luò )邊緣運行、具備 AI/ML 處理功能的低功耗高科技設備的需求也十分巨大。在網(wǎng)絡(luò )邊緣進(jìn)行高級處理能夠極大降低終端和終端用戶(hù)的延遲，更好地保護用戶(hù)隱私。此外，網(wǎng)絡(luò )邊緣智能設備能對發(fā)送到云端的數據進(jìn)行篩選，從而降低網(wǎng)絡(luò )成本和帶寬要求。

這些網(wǎng)絡(luò )邊緣智能設備大多使用圖像傳感器來(lái)實(shí)現各類(lèi)嵌入式視覺(jué)應用，包括對象計數和存在檢測等基于 AI/ML 的應用。然而，在網(wǎng)絡(luò )邊緣支持嵌入式視覺(jué)應用，要求設備具有某些設計和性能上的特征：如低功耗、高性能、高可靠性和小尺寸。針對這類(lèi)應用，萊迪思推出了全新 CrossLink-NX?系列 FPGA。新的芯片旨在滿(mǎn)足視頻處理的最新趨勢：如混用多個(gè)傳感器和顯示屏、視頻分辨率更高、使用多個(gè)接口以及網(wǎng)絡(luò )邊緣 AI 處理等。

圖 1： CrossLinkPlus 與 CrossLink-NX? 對比

CrossLink 遇見(jiàn) Nexus

為幫助開(kāi)發(fā)人員支持全新及現有的嵌入式視覺(jué)系統，萊迪思推出了 CrossLinkPlus? 這款專(zhuān)業(yè)化、小尺寸、低功耗 FPGA 產(chǎn)品系列。

CrossLinkPlus 的可編程邏輯能滿(mǎn)足處理需求，還支持各類(lèi)接口標準，是網(wǎng)絡(luò )邊緣應用中視頻信號聚合和圖像協(xié)處理的絕佳選擇。CrossLinkPlus FPGA 采用 40 nm bulk CMOS 工藝制造。

針對需要更高性能的嵌入式視覺(jué)系統，萊迪思發(fā)布了 CrossLink-NX? 系列 FPGA。這是基于萊迪思全新 FPGA 技術(shù)平臺 Lattice Nexus? 的首款 FPGA，也是業(yè)界首款采用 28 nm 全耗盡型絕緣層上硅（FD-SOI）工藝的主流低功耗 FPGA 平臺。得益于 28nm FD-SOI 工藝以及針對低功耗和小型封裝進(jìn)行了優(yōu)

化的全新 FPGA 架構，CrossLink-NX? 極大擴展了 CrossLink FPGA 系列的功能。CrossLink-NX? 提供更低的功耗、

更小的封裝、更高的性能和可靠性以及易于使用的新工具，為開(kāi)發(fā)人員提供了視頻和傳感器處理的創(chuàng )新選擇，其表現顯著(zhù)優(yōu)于同類(lèi)競品 FPGA。

圖2：嵌入視覺(jué)的發(fā)展趨勢（資料來(lái)源：萊迪思）

CrossLink-NX? 的應用市場(chǎng)：汽車(chē)、移動(dòng)設備、工業(yè)等

CrossLink-NX? 系列產(chǎn)品非常靈活，可以滿(mǎn)足視頻切換和圖像處理領(lǐng)域多個(gè)細分市場(chǎng)的需求。

這些領(lǐng)域的應用大多需要支持在多個(gè)顯示屏、攝像頭和傳感器（圖像傳感器等）之間橋接和/或聚合數據流。此外，這些組件可用于即時(shí)視頻處理和 AI/ML 推理。由于 FPGA 具有較高的能效，因此它們可以用于電池供電的移動(dòng)設備中，并且可以提供足夠的性能，在計算和工業(yè)控制應用中大放異彩。

在視頻監控和安防應用中，CrossLink-NX? 可以實(shí)現 AI 推理，從而對傳感器數據進(jìn)行預處理，這類(lèi)應用包括人臉識別和存在檢測。此外，它還可以用于傳感器聚合和橋接。

此款芯片可用作嵌入式視覺(jué)協(xié)處理器，合并多達 14 個(gè)傳感器。它還可以用于視頻縮放、旋轉和色彩空間轉換。設計人員可以使用該芯片將一個(gè)傳感器數據流發(fā)送到多個(gè)位置，這在汽車(chē)應用中非常實(shí)用，因為攝像頭常常需要向多個(gè)處理單元提供數據。

在本白皮書(shū)的以下各節中，我們將比較 CrossLink-NX? 和邏輯單元密度及 I/O 支持相近的FPGA。以下是萊迪思提供的性能和功耗比較測試。

圖3 ：CrossLink-NX? 框圖 （資料來(lái)源：萊迪思）

FD-SOI 工藝實(shí)現創(chuàng )新的功耗模式和更高的穩定性

萊迪思采用 FD-SOI 工藝，為開(kāi)發(fā)人員管理功耗提供了一種創(chuàng )新的思路。該工藝可以實(shí)現在裸片的背面施加電壓（負偏壓），從而改變閾值電壓。該芯片因此可以提供兩種工作模式——低功耗模式和高性能模式。通過(guò)功耗優(yōu)化，較高頻率下的工作功率可以在 200mW 左右，而靜態(tài)漏電功耗僅為十幾毫瓦。與其他同類(lèi)競品相比，CrossLink-NX? FPGA 的功耗降低多達 75％。

FD-SOI 工藝還帶來(lái)了另一個(gè)優(yōu)勢，即軟錯誤（高能粒子撞擊 FPGA 中的晶體管并損壞性能的現象）大大減少。使用 FD-SOI 工藝可顯著(zhù)減小芯片上容易受到軟錯誤影響的物理區域。為確?；?SRAM 的 LUT穩定運行，還使用了存儲塊錯誤校正代碼進(jìn)行軟件錯誤檢查?？偠灾?，基于 FD-SOI 工藝的 CrossLink-NX? 的軟錯誤率（SER）比 bulk CMOS 工藝制造的同類(lèi)競品 FPGA 解決方案降低 100 多倍。

CrossLink 產(chǎn)品系列參數

CrossLink-NX? 尺寸更小

移動(dòng)應用往往有非常嚴格的空間限制。萊迪思將推出該系列的兩款產(chǎn)品，分別支持不同級別的邏輯大?。?7K 或 40K 邏輯單元）。CrossLink-NX? 系列的一大優(yōu)勢是它占據的空間極小，最小尺寸僅為 3.7 mm x 4.1 mm（17K 邏輯單元器件）。CrossLink-NX? 系列的器件引腳兼容，因此同樣的電路板設計可用于不同的應用，還可以對使用這些器件的設計的未來(lái)版本進(jìn)行性能升級。

瞬時(shí)啟動(dòng)

CrossLink-NX? FPGA 使用 quad-SPI 閃存存儲配置文件?？梢栽?3 毫秒內首先配置 I/O 引腳，然后在 14 毫秒內即可完成邏輯配置。這些特性實(shí)現了瞬時(shí)啟動(dòng)，降低了在許多應用中可能出現的運行問(wèn)題。

CrossLink-NX? 提供易用的體驗

CrossLink-NX? FPGA 擁有大量不斷更新的軟件支持，包括萊迪思 Radiant 設計工具（最近

的更新包括了片上調試、信號完整性分析和工程變更單編輯器等功能）和用于嵌入式視覺(jué)應用的各類(lèi) IP 核（MIPI D-PHY、格式轉換、PCIe、SGMII 和 OpenLDI）。萊迪思還提供針對常見(jiàn)應用（例如攝像頭聚合）的開(kāi)發(fā)板和參考設計，未來(lái)將發(fā)布更多開(kāi)發(fā)板和參考設計。

結論

萊迪思通過(guò) CrossLink-NX? FPGA 系列產(chǎn)品，將可編程性與高性能處理及高速 I/O 互連相結合。這些器件將以高度的靈活性、低功耗、可編程性、小尺寸和高速視頻接口，為開(kāi)發(fā)人員提供實(shí)現嵌入式智能視覺(jué)應用的多種選擇。該系列僅僅是基于萊迪思 Nexus FPGA 技術(shù)平臺的首款產(chǎn)品，未來(lái)的新產(chǎn)品值得期待！