SoC FPGA:工业和医疗物联网的新生力军?

作者: 艾檬
2019-05-27 {{format_view(5710)}}
SoC FPGA:工业和医疗物联网的新生力军?

(集微网报道 艾檬)攻城略地AIoT时代,市场、技术、模式、融合都在剧烈变化。

在这一海量市场中,工业物联网(IIoT)和医疗物联网(HcIoT)无疑备受瞩目。有研究认为,到2020年,全球工业物联网产值将达到1510亿美元。而HcIoT市场的价值也同样高企,预计2022年将达到1581亿美元。在两者加速落地的时日,一员“猛将”SoC FPGA也冲上战场,欲与MCU、ASIC等争夺控制器的“话语权”。

变局

从应用来看,IIoT的功用在于预测性维护以减少停机、分析以及连接以实现远程诊断和OTA更新。而HcIoT着重于资产跟踪与利用,以更高效的医院管理;通过AI可以改进诊断,更快、更准确地获得结果;通过网络连接实现远程医疗等。

与之相生的是,随着越来越多的设备联网,数据爆炸性增长已成为IIoT和HcIoT的“台词”。赛灵思工业、视觉、医疗及科学(ISM)市场总监Chetan Khona提及,全球估计每天创建的数据超过2.5艾字节数据,而2019年仅仅AI领域使用的数据就将超过60尧字节,因而如何尽可能高效、有效利用数据成为一大挑战

“其他挑战还涉及隐私、安全以及时延和响应能力问题,同时涉及数字管理成本如传输、存储和处理,以及缺乏可靠的互联网连接因工厂和医院着重有效的投资,以提高投资回报率。” Chetan Khona进一步表示。

直面这些挑战,Chetan Khona认为,诸多关键要素中应强力保证安全性,同时为提升响应速度,边缘智能至关重要。比如工业时延的起码要求最低是10ms,从“数据重力”和“数据惯性”概念可知在边缘处理数据,效率和效能最佳。当然,仍有数据需要上云处理,这就需要跨边缘和云的可扩展平台。

而值得关注的走势还在于IIoT走向运营技术 (OT) 与信息技术 (IT) 的融合,IT包括大数据、AI、移动互联网等,OT 则涵盖先进制造技术、机器人、信息物理系统等。Chetan Khona分析说,OT应用的时间敏感性和 IT 应用的数据密集性要求如期、可靠地执行关键任务,鲁棒性、可靠性更高,因而传统的处理架构恐难以应对需要灵活应变特别是软硬件灵活的解决方案。

成全

在这一情形下,Chetan Khona认为,赛灵思SoC FPGA的解决方案可“分而治之”。

首当其冲的是IioT和HcIoT堆栈。Chetan Khona介绍,Zynq及Zynq UltraScale+ SoC集成了Arm、DSP、GPU和安全处理器等,提供高度灵活、可扩展以及自适应性。SoC中的Arm系统能为云开发提供服务,同时融合IT和OT,还整合了具有高吞吐量和低时延、整体加速、全面AI软件平台的边缘AI。此外,在安全层面,Zynq遵守工业、医疗等多重全球性的标准,从功能与网络层面来提供保护,相当于有了安全“通行证”。同时,赛灵思产品有最低15年的生命周期,有些甚至达二三十年,提供更高的价值。

而Alveo加速器卡是赛灵思的第二利器,其加速性、面向工作负载的优化和易用性能突出。Chetan Khona提到对比数字说,相对传统方案,其数据库搜索和分析提升90倍、金融计算提高89倍、机器学习20倍、视频处理12倍等。他还举例道,器人运动规划已经进入到了人机协作的阶段,整个过程需要高强度的计算,通过采用Alveo加速器则可控制8台机器人。据悉上海联影医疗科技就采用Alveo加速器卡用于医疗CT机。

实现云和边缘的协作和互补则是第三大特色。Chetan Khona指出,诸多工业和医疗互联网场景中连接是时断时续的,边缘智能不受云端连接中断的影响。而且赛灵思采用亚马逊的Greengrass框架,可将云端转移到边缘,大大减少了数据传输和降低了延时。他还指出,赛灵思与阿里、Microsoft Azure、谷歌、IBM等都在进行类似合作。

而出色的边缘AI功能亦不可或缺。Chetan Khona分析说,SoC FPGA一方面架构灵活,支持16位浮点和8位定点。另一方面赛灵思通过并购深鉴科技获得独有的模型剪枝技术,实现了AI高性能、低时延和低功耗。Chetan Khona还强调,AI应用有大AI和小AI之分,或称为重量级AI和轻量级AI。大AI通过嵌入DNN硬件来实现;小AI可基于Python的机器学习开源方案,赛灵思可提供Pynq方案支持。

进阶

凭借三大利器——堆栈、Alveo加速器卡以及边缘和云的融合,赛灵思在IIoT和HcIoT领域已取得不俗战绩,SoC FPGA已广泛应用于马达控制、视频监控、机器视觉、医疗、消费电子等领域。无论是视频监控领域的海康卫视、专注图像识别的旷视、打造智能电网的南瑞、主攻医疗的迈瑞以及机器人厂商精锋微控,都已大面积采用。

一个典型的应用案例是精锋微控的智能机器人驱动与控制平台,通过采用一个Zynq SoC取代了20多个芯片和工业网络连接,并且实现了原来1/6的尺寸和1/5的成本。

目前Zynq和Zynq UltraScale+已成为开路先锋,但赛灵思在产品规划上也将推出下一代自适应计算加速平台ACAP——Versal。Chetan Khona表示,2020年AI Edge版本将问世,每瓦性能更高,AI性能更强劲,以适应未来IIoT和HcIoT市场的需求。 

然而,虽然有多年的行业应用历史,SoC FPGA相比MCU、ASIC毕竟还算是“新手”, MCU、ASIC阵营也会在顺应需求方面不断革新来攻城略地。但Chetan Khona认为,MCU可提供OT功能,但在IT-OT融合方面还有欠缺。而且SoC FPGA兼具传统工业应用和AI优势,将成为重要的生力军。

而在赛灵思的营收历史性突破30亿美元大关之际,表明FPGA的分水岭已然到来。正如2018年3月,刚刚担任赛灵思CEO的Victor Peng就宣布了赛灵思转型平台生态化战略,而今这一战略正在逐步夯实。Chetan Khona透露,2019财年,ISM版块在赛灵思收入排名第四位,而客户数排名第一。可以预见,SoC FPGA为灵活应变、万物智能的世界带来的转变值得期待。(校对JANE)

责编: 慕容素娟
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