Lavenergi flaggskip for kunstig intelligens

Det har ikke alltid vært så enkelt. Tidligere var det vanligvis mye vanskeligere å bruke den nyeste prosessorteknologien fra Arm i et ferdig system, enn å implementere x86-baserte systemer. Dette er fordi, som et resultat av det historisk store utvalget av individuelt tilpassede design brukt i store mengder, er ikke økosystemet for systemplattformer så omfattende. Imidlertid, med den modulære tilnærmingen basert på SMARC datamaskin-på-modul-spesifikasjon, er det nå også mulig å skaffe standard formfaktorer fra x86 boks-PC’er med ARM-prosessorer. For eksempel tilbyr spesialisten på innvevde datamaskiner congatec et 3,5-tommers kort som kan utstyres med moduler fra SMARC 2.1-plattformen etter behov. Ved hver lansering av en ny SMARC-modul utvides porteføljen av mulige konfigurasjoner automatisk, med en liten forsinkelse. Den siste flaggskipprosessoren er den nye NXP i.MX 8M Plus-prosessoren.

Attraktive funksjoner
Tekniske høydepunkter i den nye SMARC-modulen med i.MX 8M Plus-prosessor er de fire kraftige Arm Cortex-A53-prosessorkjernene med den ekstra nevrale prosessorenheten (NPU), som gir opptil 2,3 TOPS AI-beregningskraft. Takket være den integrerte bildesignalprosessoren (ISP) har de blitt utviklet spesielt for AI- og maskinlæringsapplikasjoner, og kan behandle dataene til de to integrerte MIPI CSI-grensesnittene svært effektivt. Et sentralt applikasjonsområde her er bevegelsesbaserte kontrollsystemer, for eksempel muliggjøring av berøringsfri pålogging til medisinske applikasjoner på intensiv-datamaskiner for justering av administrering av infusjoner. I tillegg dekker multimediefunksjonene 3D/2D grafikkakselerasjon samt videodekoding og -koding inkludert H.265, slik at kamerastrømmer kan sendes direkte til nettverket. Høy oppløsning blir stadig viktigere både i inspeksjons- og i overvåkingssystemer for å evaluere detaljer bedre. NPU’en kan hjelpe med pre-prosessering slik at rådata ikke overbelaster nettverket. DSP av høy kvalitet for lyd- og stemmefunksjoner er også interessant. Gjennom kombinasjonen med de aritmetiske logiske enhetene er for eksempel brukerspesifikk talegjenkjenning med rundt 40 000 forskjellige ord mulig. Og det, i motsetning til kommersielle løsninger som Alexa, Google eller Siri, gjøres rent lokalt og uten skyforbindelse, noe som vil være nyttig for kontaktløse talekommandoer.

I tillegg er sanntidsstyring mulig via Cortex-M7. Og via Gigabit Ethernet med tidssensitivt nettverk (TSN). For første gang er høy datasikkerhet og pålitelighet sikret av prosessorens innebygde ECC-funksjon, som kan implementere feilkorreksjonskode basert på LPDDR4-minne med kapasitet opptil 6 GB kapasitet. Cortex-M7 kan også brukes som en feilsikker enhet, noe som er avgjørende for kundeapplikasjoner som skal utvikles med feiltoleranse i henhold til IEC 61508/IEC61511. Hvis du ser på denne allsidige servicepakken og implementerer ytterligere applikasjonsspesifikke funksjoner via PCIe Gen 3 samt 2x USB 3.0 og 2x SDIO, har du en svært pålitelig og robust Linux-,  Android- eller FreeRTOS-plattform, som, avhengig av varianten, til og med kan brukes i det industrielle temperaturområdet på -40 °C til 85 °C. Forresten, BSP som hovedsakelig støttes av congatec er basert på Yocto-rammeverket. Det lave energiforbruket på 2-6 W og innebygd eMMC med lagringskapasitet på 128 GB og muligheten til å brukes i robust pSLC-modus for å forlenge levetiden til det robuste minnet, er andre attraktive høydepunkter.

Diverse applikasjonsområder
De nye SMARC-modulene med i.MX 8M Plus-plattformen er fokusert på pålitelige industrielle applikasjoner i kombinasjon med innebygd visjon, maskinlæring og AI samt avanserte multimediaprogrammer. De retter seg dermed mot Industri 4.0/IIoT, visuelle inspeksjons- og overvåkingssystemer, og smarte infrastrukturer og -byer. Andre bruksområder er innen landbruk og bygg samt i byggautomatisering og måleteknologi. Målmarkedene er dermed ekstremt mangfoldige. Et av de største applikasjonsfeltene er i det brede utvalget av HMI’er fordi praktisk talt alle enheter i dag har et grafisk brukergrensesnitt, i tillegg til utvidede multimediafunksjoner, også innen områder lavenergi og mobile enheter. Støtte for opptil tre uavhengige skjermer gjør også den nye prosessormodulen forhåndsbestemt for applikasjoner med flere domener. NXP i.MX 8M Plus prosessorplattform er dermed en perfekt erstatning for alle eksisterende i.MX6 -applikasjoner som har vært her en stund. Den skalerer også den SMARC-baserte AMD- og Intel-porteføljen fra congatec mot mer energieffektive, kompakte og mobile løsningsplattformer. I tillegg kommer mobile håndholdte enheter og applikasjoner i kjøretøy. Takket være kamera og AI-integrasjon er modulene også egnet for en rekke forskjellige visjonsapplikasjoner, som congatec og partneren Basler tilbyr utvidede tjenester for.

Industri 4.0-applikasjoner med sanntidsnettverk
De nye SMARC-modulene med prosessorer fra i.MX8 M Plus-plattformen tilbyr mange attraktive funksjoner for sanntidskontroll av sikkerhetskritiske applikasjoner og nettverksbaserte Industri 4.0-systemer som roboter eller autonome mobile roboter. Disse begynner med den integrerte «vakthunden», som kan brukes til feildeteksjon i redundante maskinkontrollsystemer. Distribuerte kantsystemer med synkronisering i sanntid kan også etableres via sanntidsklokken og den TSN-kompatible Gigabit Ethernet-porten. For eksempel i produksjonsceller i nettverk eller prosessindustrien. NXP TrustZone tilbyr sikerhet med forbedret beskyttelse mot cyberangrep, en risiko som øker gjennom et nettverk. Dette er basert på en krypteringsmodul (CAAM) for maskinvareakselerert ECC- og RSA-kryptering, Resource Domain Controller (RDC) for isolert kjøring av kritisk programvare, og den sikre High Assurance Boot-modusen, som forhindrer utføring av uautorisert programvare under oppstartsprosedyren.

Innvevde visjonssystemer et fokusmarked
Tilgjengeligheten av SMARC- modulene med i.MX 8M Plus er dermed en annen milepæl i selskapets løsningsplattformer for innvevde visjonssystemer. congatec skapte allerede et «proof of concept» med dype læringsapplikasjoner for detaljhandelen med Basler og NXP Semiconductors i 2019. Integrert AI-programvare, som automatiserte kontantsystemer kan realiseres i detaljhandel, kjører på denne plattformen. Med den økende populariteten til kontaktløse teknologier som et resultat av pandemien, er dette settet nå mer relevant enn noensinne. NXP i.MX 8M Plus-prosessoren med den nye NPU’en og den kraftige bildesignalprosessoren for enda kraftigere AI-basert bildeevaluering i sanntid tilbyr et enda mer attraktivt funksjonssett for slike applikasjoner.

Internettleverandører kan behandle videostrømmer på 375 megapiksler per sekund (MP/s). Dette tilsvarer 180 Full HD-bilder per sekund med for eksempel optimalisering av bildekontrast eller korreksjon av objektivforvrengning.

Med den integrerte nevrale prosessoren og støtten for OpenGL ES 3.1, Vulcan VX -utvidelser, OpenCL 1.2 FP og OpenVG 1.1, får visjonsapplikasjoner en unik, høy prosessorytelse.

Med COM & Carrier til kundespesifikt design
SMARC-moduler, som alle datamaskin-på-modul, er også attraktive for utviklere uten 3,5-tommers kort fordi applikasjonsklare bærerkort er ofte allerede tilgjengelige og SMARC-modulene kan brukes rett på disse kundesystemene. Dette eliminerer praktisk talt maskinvareutviklingen, som også akselererer programvareutviklingen betydelig og til slutt fører til raskere tid til markedet. I løpet av produktets livssyklus kan ytelsesvarianter også opprettes ved enkel utskifting av modulen, og for ekstremt langsiktig tilgjengelighet er det mulig å bytte til neste generasjon til en minimal NRE-kostnad når en prosessor utgår. Til syvende og sist betyr dette at avkastningen kan utvides betydelig. Av denne grunn har COM også inntatt en ledende posisjon i markedet for innebygde datakort og systemer. En annen attraktiv egenskap ved SMARC er det faktum at denne standarden støtter Arm og x86. Som et resultat utvides potensielle migrasjonsveier enda mer. SMARC-moduler fra congatec kan for øyeblikket skaleres via 24 modulvarianter. Men hvis systemytelsen er tilstrekkelig, vil den fortsatt kunne omorganiseres i profesjonelle applikasjoner i lang tid fremover. congatec spesifiserer en utvidet tilgjengelighet på 15 år for den nye SMARC-modulen med NXP i.MX 8M Plus-prosessor.

Liste over alle SMARC-moduler fra congatec.