Lattice SensAI引领网络边缘人工智能设备迈向大众市场

作者:单祥茹  来源:中国电子商情

发布时间:2018-06-04

每当提到人工智能（AI）或智能计算，大家很容易就会想到“云端”。的确，AI的发展很大程度上要依靠数据中心的数据处理和安全保障能力。正当行业的目光都聚焦在云端时，莱迪思半导体公司（Lattice）率先推出了全新的毫瓦级功耗FPGA解决方案，将AI加速部署到快速增长的消费电子和工业IoT应用，如移动设备、智能家居、智慧城市、智能工厂和智能汽车产品。同时，为机器学习推理在物联网应用中实现快速部署创造机遇。

随着设计人员不断向网络边缘应用加入高级智能，他们需要能够快速响应环境条件变化的系统。比如，当AI安全摄像头在家中检测到异动，它必须利用设备现有资源做出决定，如有人闯入，则立刻报警。这类新型应用需要基于AI或机器学习的、靠近IoT传感器数据源而非云端的计算解决方案。也就是说，并非所有应用都将在云端运行。

IHS Markit预计从2018年到2025年，网络边缘将有400亿IoT设备，在未来5～10年内，诸如IoT、基于人工智能的网络边缘计算和云分析等变革性技术的融合将颠覆所有行业，并培育新的商业机会。根据Semico Research的预测，在未来五年内，使用人工智能的网络边缘设备数量将以110％的复合年增长率爆发式增长。

设计人员在开发网络边缘计算解决方案时面临的最严峻的挑战是要满足高灵活性、低功耗、小尺寸和低成本等一系列独特要求。莱迪思半导体亚太区资深事业发展经理陈英仁表示：“
随着更多传感器的使用，将产生大量的终端数据。而这些终端的数据需要更有效地被利用，其中有两个问题需要高度重视。一是隐私问题，二是数据处理过程要保证超低延时。Lattice sensAI首次全面解决了对灵活、低成本、超低功耗的AI半导体解决方案的需求，这些方案可快速部署至各类新兴市场和大众市场IoT应用。”

图1 与其他解决方案相比，基于FPGA的Lattice sensAI可以在网络边缘提供更为灵活的人工智能推理

Lattice sensAI是基于iCE40 UltraPlus和ECP5 FPGA系列的新型全套开发生态系统，是一种结合模块化硬件套件、神经网络IP核、软件工具、参考设计和定制化设计服务的完整技术集合。设计人员可通过功耗不足1W的ECP5 FPGA和毫瓦级iCE40 UltraPlus FPGA来加速神经网络，构建高效、基于AI的网络边缘计算应用。

图2  Lattice sensAI为开发人员构建网络边缘计算解决方案提供了坚实的基础

为加速机器学习的原型设计，满足广泛的性能和功耗需求，莱迪思有两种设计方案可供选择。一是基于低功耗iCE40 UltraPlus FPGA的移动开发平台（MDP），可用于毫瓦级功耗AI设计。MDP重点包括一系列板载传感器，如图像传感器、麦克风、罗盘、压力传感器和陀螺仪等。针对功耗稍高但总体低于1W的应用，莱迪思则提供了基于ECP5 FPGA系列的模块化视频接口平台（VIP）。VIP可实现包括MIPI CSI-2、嵌入式DisplayPort（eDP）、HDMI、GigE Vision和USB3在内的广泛接口的互连。嵌入式视觉开发套件是莱迪思首批硬件平台之一，该模块化平台包含一块CrossLink输入板、一块ECP5处理器板和一块HDMI输出板。随着全新eDP和USB3 GigE I/O板的加入，设计人员可轻易置换输出板以支持其他应用。

除开发板外，莱迪思还提供新的神经网络加速器IP核，便于开发人员在FPGA上进行演示。该软IP包括一个针对iCE40 UltraPlus FPGA优化后的二值神经网络（BNN）加速器，可让开发人员使用iCE40 UltraPlus FPGA通过二值神经网络算法实现深度学习应用。莱迪思还提供一个卷积神经网络加速器（CNN）核。该核可灵活设置参数，适用于莱迪思的ECP5 FPGA，它还支持不同量化，让设计人员实现精度和功耗的平衡。

为简化常用AI功能的实现，Lattice sensAI中还包含各类使用该产品硬件平台、IP核以及软件工具的参考设计，诸如低功耗人脸检测、汽车后装市场摄像头等。Lattice还通过合作伙伴生态系统建设，提供定制化设计服务。

随着传感器数量和种类激增，需要部署更多的计算资源用于实时数据处理，网络边缘也因此变得愈加智能。而AI的出现则加速了这一趋势。能够实现这种本地传感器数据处理的低功耗、小体积、低成本的半导体解决方案对于AI在各类大众市场的网络边缘应用至关重要。Lattice sensAI作为一套完备的开发生态系统，简化了网络边缘灵活推理解决方案的开发。通过各类IP、工具、参考设计和设计专长，开发人员可采用该套系统让创新解决方案快速上市。