机器视觉、机器人、工业应用?有了Kria SOM,一切搞定!

作者:Max Maxfield,文章来源:Eejournal

人们常说“60岁是新的40岁”,意思是如今60多岁的人,往往像以前40多岁的人一样,依然活跃、健康、年轻。这话大概是真的——因为就在几天前,也就是我动笔写这篇文章的时候,我刚好庆祝了“我21岁生日的第47周年”,但我感觉自己还年轻得很……啊,说到哪了?我们刚才聊什么来着?

随着年龄增长,少数几个“好处”之一,就是你活得够久,见过很多事,也了解很多事情是怎么发展起来的——你明白我的意思吧。

举个例子,比如AMD(超威半导体公司,Advanced Micro Devices),成立于1969年。在最初的那些年,AMD主要生产的是内存芯片和其他计算机组件。1975年,公司推出了Am9080微处理器,这是Intel 8080的逆向工程版本。次年,当Intel开始在其处理器中加入微码时,两家公司达成了交叉许可协议,AMD因此获得了使用Intel微码的版权许可,用于自己的处理器和外设。

从1978年开始,Intel推出了一系列以“86”结尾的处理器(8086、80186、80286、80386、80486),因此这类处理器也被统称为x86系列。“x86”这个名称也成了这些指令集架构(ISA)的代名词。

在1980到1990年代,Intel是个人电脑(PC)处理器市场的主导者,大多数家庭和办公室电脑的“大脑”都来自它。同时,AMD则制造与Intel兼容的x86处理器——功能类似,但往往更便宜或性能略有不同。正因如此,AMD成为Intel在PC领域的一大竞争对手(没人能听见你在PC里尖叫,呵呵)。

回头看,Intel和AMD之间的竞争,实际上推动了整个微处理器产业几十年的技术创新。两家公司常常在性能、架构、效率上轮流领先。一家公司领先时,另一家就会加倍努力追赶,甚至反超。正因为这场你追我赶的对抗,我们用户才得以享受性能更强、价格更低、能效更高的多核处理器。

不过我们言归正传……随着PC市场逐渐成熟并趋于饱和,AMD开始转向嵌入式系统——即嵌入在汽车、工业设备、网络设备、消费电子等中的专用计算机。

这并不是完全退出PC市场,而是业务的多元化。AMD将其强大的CPU设计经验,转移到对可靠性、低功耗、长寿命有要求的嵌入式领域。

2022 年,AMD 收购了以 FPGA(现场可编程门阵列)闻名的赛灵思(Xilinx)。这是一场重量级收购。Xilinx的芯片广泛应用于通信、航空航天、工业自动化和边缘AI等领域。通过收购赛灵思,AMD 在嵌入式系统和边缘计算领域获得了重要立足点,并进入了可编程逻辑市场(英特尔此前于 2015 年收购Altera时已涉足该领域),这使其能够提供异构计算平台:集 CPU、GPU 和 FPGA 于一体,可谓 “一站式” 解决方案。

结果就是,今天的AMD,已经成为传统计算与嵌入式计算领域的双料顶级玩家。

我之所以讲了这么多背景,是因为我刚和AMD的一些朋友聊了聊:Yingyu Xia(智能城市、安全、零售方向的市场负责人)和Michael Zapke(工业市场的高级产品营销经理)。

我们聊的是AMD的Kria SOM(系统模块)系列产品,“Kria”这个名字旨在传递“创造力”之意。

顺便说一句,“SOM”是System-on-Module的缩写,发音可以是一个字母一个字母念“S-O-M”(这种方式其实属于缩略词的“首字母缩写”),也可以像“SOM”押“bomb”的韵那样作为一个词来读。如果读作一个词,就应该说“a SOM”;如果读作“S-O-M”,那就说“an S-O-M”。关键是:选一种发音方式,坚持到底。

我在AMD官网上浏览时,一个SOM特别吸引了我:Kria K26。

Kria K26 SOM.png

Kria K26 SOM(来源:AMD)

中间那个银色方块是一颗定制的 Zynq UltraScale+ MPSoC,体积小巧,专为视觉AI、机器人和工业应用而设计。这颗“猛兽”拥有以下强大特性:

  • 应用处理器:四核 Arm Cortex-A53

  • 实时处理器:双核 Arm Cortex-R5F

  • 图形处理单元(GPU):Mali-400 MP2

  • 视频编解码单元(VCU):支持多达32路视频流

  • 片上SRAM:26.6Mb

  • 其他功能和接口繁多,此处不一一列举

模块上还带有4GB 64位DDR4内存和16GB eMMC存储器。可怕的是,这么一个小东西,计算能力比我在1980年代设计的某些庞大的主机系统还要强得多。

对于大型企业来说,它们可能更偏好“chip-down”设计方式,即以Zynq UltraScale+ MPSoC为核心,围绕它设计一整块定制主板。而对于中小型企业,SOM就是福音:复杂的设计已经完成,可以直接部署。Kria SOM既可以搭配AMD提供的载板使用,也可以用自己设计的载板来搭配。

Kria SOM 在各种应用中的成功案例

Kria SOM已广泛应用于机器视觉、AI推理、机器人、工业控制等场景。例如,有家公司就将其用于水下计算机视觉的鱼类养殖系统;还有公司用它来监控赌场桌面,防止作弊。

德国工业解决方案提供商 Solectrix GmbH 开发了一套基于Kria SOM的视觉处理系统,应用于移动工业设备。该系统让机器可以在恶劣环境中“看见”并实时响应周围变化。

有些视觉系统只需一个摄像头,但有些应用则需要二十个甚至更多。Solectrix找到了一个最佳点:四路摄像头的场景,并发现Kria SOM正好满足这些需求。

顺便科普一下,GMSL(Gigabit Multimedia Serial Link)是一种专为汽车和工业环境设计的视频传输技术。它支持高清视频、音频、控制信号和电源共缆传输,传输距离可达15米以上,适用于高干扰环境。

Solectrix没有使用AMD官方载板,而是自己设计了定制载板,可支持多达四路GMSL2接口。

最终,他们开发出SXVPU(Smart eXtensible Vision Processing Unit),可为各种工业视觉场景赋能。虽然目前视频信号仍通过以太网输出到外部处理,但未来也可以考虑在同一机箱中添加PCIe接口的M.2 AI加速卡,实现本地推理。

结语

说实话,AMD的Kria SOM功能之强大,让我忍不住欣喜大笑。在我经历过的那些80年代的“黑暗时代”里,我怎么也无法想象未来会有这种东西存在。

你呢?你对这样的系统模块,有什么想法或者经历想与我们分享的吗?