讓筆記本電腦重獲生機：萊迪思為筆記本電腦增添重要功能

實(shí)時(shí)在線(xiàn)和瞬時(shí)啟動(dòng)

如今，筆記本電腦進(jìn)入睡眠或喚醒狀態(tài)只有三種操作方式：按下按鈕（可能是用鼠標），合上機蓋或等待電腦進(jìn)入睡眠。新款的筆記本電腦可能會(huì )通過(guò)語(yǔ)音命令喚醒。

筆記本電腦面臨的主要問(wèn)題在于其SoC芯片。SoC負責控制筆記本電腦中進(jìn)行的各類(lèi)活動(dòng)，因此，它參與了電腦執行的絕大多數任務(wù)。SoC包含CPU核心，可能還包括其他處理電路和外設電路，它在工作時(shí)會(huì )消耗大量能量。

由于SoC參與了筆記本電腦的大量活動(dòng)，因此在系統（尤其是SoC）休眠時(shí)，電腦幾乎無(wú)法處理任何任務(wù)。睡眠期間可用的功能就是和喚醒系統相關(guān)的選項。其他任務(wù)都無(wú)法在睡眠的系統上運行。在某些情況下，如果需要處理特定的任務(wù)（如下載電子郵件、網(wǎng)絡(luò )監控等），工作功率會(huì )達到100毫瓦，大大減少了電池使用時(shí)間。

如果筆記本電腦擁有響應傳感器信號的AI功能，那么即使SoC處于睡眠狀態(tài)，電腦也可以執行許多任務(wù)。AI功能可以在SoC睡眠時(shí)工作或做出決策，要么喚醒SoC開(kāi)展進(jìn)一步的工作，要么讓SoC保持睡眠狀態(tài)，讓AI處理所需完成的任務(wù)。低功耗FPGA是實(shí)現AI功能的理想硬件平臺。它們擁有足夠的處理能力執行基本的AI任務(wù)（例如存在檢測），功耗卻比SoC低得多。如果AI確定需要SoC參與任務(wù)，則將其喚醒，配合AI進(jìn)行處理或采取其他措施。

萊迪思sensAI解決方案集合可搭載iCE40 UltraPlus、ECP5?和CrossLink-NX FPGA，輕松實(shí)上述AI功能。但是目前為止，此類(lèi)AI大多應用于物聯(lián)網(wǎng)（IoT）設備。例如，智能門(mén)鈴可能具有以下功能：

●   檢測人員和其他物體（如包裹）的存在。

●   檢測和/或識別出特定的人臉或人?？梢允亲詾槭跈嘤脩?hù)的特定人員（例如房屋的居住者），也可以是經(jīng)常路過(guò)門(mén)鈴攝像頭的人員，例如身穿制服的快遞員或園丁。

●   理解一些手勢或語(yǔ)音命令。將面部識別與語(yǔ)音關(guān)鍵詞或密碼驗證相結合，可以實(shí)現雙重身份驗證登錄，提高安全性。

●   利用兼容各類(lèi)傳感器的推理引擎來(lái)最大程度地減少傳輸到云端數據。

在此類(lèi)應用中，萊迪思FPGA能夠在SoC不工作的狀態(tài)下，在更低功耗下提供比獨立CPU更高的性能，因為CPU必須通過(guò)軟件執行任務(wù)，而FPGA采用效率更高、基于硬件的實(shí)現。例如，控制智能門(mén)鈴或監控攝像頭的CPU每秒可處理1-2幀，而功耗卻高達100 mW。 萊迪思iCE40 UltraPlus FPGA在7 mW功耗下每秒可處理5幀，性能為前者的3-5倍，功耗僅為前者的十四分之一。

如果萊迪思的sensAI解決方案可用于智能門(mén)鈴或監控攝像頭，則同樣適用于筆記本電腦，實(shí)現以下功能：

●   檢測用戶(hù)何時(shí)觀(guān)看屏幕。當用戶(hù)的視線(xiàn)離開(kāi)屏幕時(shí)，調暗屏幕節省電量；注意力重新聚焦屏幕時(shí)，增加屏幕亮度。

●   根據筆記本電腦所處的位置調整安全設置。

●   檢測用戶(hù)的視線(xiàn)方向。這可以簡(jiǎn)化通常需要鼠標的任務(wù)。眼部跟蹤可以避免手動(dòng)操作某些頻繁出現的任務(wù)。

●   優(yōu)化圖形渲染的功耗?？梢灾?zhù)重渲染用戶(hù)正在觀(guān)看的屏幕部分。其余部分保持相對模糊或較低的渲染效果，從而節省電量，直到用戶(hù)視線(xiàn)轉移到屏幕的其他部分。

●   通過(guò)玩家的眼睛移動(dòng)影響游戲的敘述軌跡。

●   檢測是否有人在用戶(hù)背后偷窺。

●   沒(méi)人使用筆記本電腦時(shí)，調暗屏幕以節省電量。

下面的示意圖說(shuō)明了萊迪思iCE40 UltraPlus FPGA如何分擔筆記本電腦SoC的一些AI處理工作。

在此設計中，傳感器接口收集各個(gè)傳感器的輸入，在FPGA的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )（NN）加速器中進(jìn)行處理，并在片上SRAM存儲處理神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )所需的權重和激活值。如果需要進(jìn)一步處理，加速器則做出決策，喚醒SoC。

AI功能的構建采用了萊迪思sensAI解決方案集合的各種資源以及iCE40 UltraPlus和CrossLink-NX FPGA。設計人員可以使用完善的軟件工具和整套設計工具，進(jìn)一步調整在Caffe、Keras、MobileNet、ResNet、SSD和TensorFlow等主要框架上訓練的網(wǎng)絡(luò )。sensAI包括了參考設計、演示板、IP核和硬件平臺，可用于開(kāi)發(fā)各類(lèi)常見(jiàn)的AI應用（例如存在檢測、對象計數、面部識別等）。萊迪思還提供定制設計服務(wù)，讓開(kāi)發(fā)人員快速實(shí)現AI功能，而無(wú)需全方位學(xué)習如何開(kāi)發(fā)和實(shí)現AI應用。

減少信號數量，邁入全新形態(tài)

現代筆記本電腦面臨的第二個(gè)挑戰是如何超越傳統的外觀(guān)。這涉及到筆記本的靈活性，例如從中間將屏幕折疊將其收起。筆記本電腦的設計面臨著(zhù)大量信號傳輸的難題，這些信號又涉及到眾多協(xié)議。

一種簡(jiǎn)單的處理方法是通過(guò)信號聚合來(lái)減少信號數量?？梢詫⒍鄠€(gè)低帶寬接口復用到單個(gè)更高帶寬的信號上，然后再進(jìn)行解復用，大大優(yōu)化了筆記本電腦的布線(xiàn)。它使電路板之間的連接更簡(jiǎn)單，還能簡(jiǎn)化電路板上的布線(xiàn)，還意味著(zhù)能夠大大減少穿過(guò)鉸鏈或其他柔性元件的線(xiàn)路。并且由于減少了連接器數量，可靠性也得到增強。

信號聚合可以在單線(xiàn)或一對LVDS上實(shí)現。萊迪思的FPGA可以提供諸多性能選擇來(lái)傳輸這些信號，從而為最高效的設計實(shí)現提供方案。例如，一片iCE40 UltraPlus FPGA可以以在單線(xiàn)上實(shí)現7 Mbps的傳輸速率。使用更高性能的萊迪思FPGA，可以實(shí)現更高的帶寬聚合速度。

然而，問(wèn)題在于，不同的信號可能采用不同的協(xié)議進(jìn)行傳輸?？梢酝ㄟ^(guò)類(lèi)似于傳感器集線(xiàn)器（Hub）的I/O集線(xiàn)器來(lái)解決這一難題。該集線(xiàn)器可聚合不同類(lèi)型的本地I/O信號，并將其復用到數量較少的高速線(xiàn)路上。這些線(xiàn)路連接另一端的I/O集線(xiàn)器，信號在此被還原為最初的協(xié)議類(lèi)型。

萊迪思的FPGA提供用于接收I/O信號并傳輸多路復用信號的物理硬件。萊迪思還提供用于構建I/O集線(xiàn)器的IP。信號聚合可適用各類(lèi)傳感器，因此不同類(lèi)型的傳感器（RGB、IR、激光雷達、雷達等）數據流或通過(guò)不同總線(xiàn)類(lèi)型（I2C、I2S、UART、GPIO）傳輸的信號可以聚合在同一引腳或線(xiàn)路上。萊迪思在智能手機的信號聚合方面長(cháng)期積累了豐富的經(jīng)驗，這些同樣適用于筆記本電腦上的傳感器聚合應用。

萊迪思助您打造未來(lái)的筆記本電腦

工程師們正努力開(kāi)發(fā)全新的筆記本電腦，為用戶(hù)提供類(lèi)似智能手機和平板電腦的使用體驗。與今天的產(chǎn)品相比，未來(lái)的筆記本電腦將更易于使用、電池壽命更長(cháng)并且更加安全。

功耗和外形尺寸方面的改進(jìn)將最為顯著(zhù)。筆記本電腦將通過(guò)節電技術(shù)，讓用戶(hù)可以連續使用一整天或更長(cháng)時(shí)間。它們還將變得更加靈活、便攜。

而萊迪思FPGA將是筆記本電腦實(shí)現這些新功能的關(guān)鍵。在SoC之外處理工作可延長(cháng)SoC的睡眠狀態(tài)，僅在需要使用其計算能力時(shí)才將其喚醒，這將大幅降低功耗。在硬件上實(shí)現AI以及傳感器集線(xiàn)器，可以連接多個(gè)攝像頭、麥克風(fēng)和其他傳感器，意味著(zhù)SoC停止工作的時(shí)間更長(cháng)。聚合多路信號的I/O集線(xiàn)器有助于減少信號數量，實(shí)現基于A(yíng)I的傳感器聚合，筆記本電腦的構建因此更加簡(jiǎn)單，還能提供更豐富的用戶(hù)體驗。

萊迪思的FPGA為這些集線(xiàn)器提供了硬件平臺，sensAI解決方案集合則使AI功能更易實(shí)現。兩者結合可以幫助開(kāi)發(fā)人員制造更輕便、功耗更低的筆記本電腦，為2020年代的企業(yè)和個(gè)人用戶(hù)提供更強大的生產(chǎn)力工具。