工業(yè)AI為FPGA和SoC帶來機(jī)會(huì)

問：依您看，邊緣AI將給某類工業(yè)應(yīng)用帶來哪些新變化？

答：隨著人工智能和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的融合，AIoT（人工智能物聯(lián)網(wǎng)）的概念應(yīng)運(yùn)而生，即AI（人工智能）+IoT（物聯(lián)網(wǎng)）。目前，邊緣AI正廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域，這種技術(shù)可以為工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)邊緣的多傳感器分析和機(jī)器學(xué)習(xí)應(yīng)用提供最低的時(shí)延、功耗和成本。在工業(yè)領(lǐng)域，當(dāng)前熱門的邊緣AI應(yīng)用包括工業(yè)機(jī)器人、智慧路燈、智能監(jiān)控等。

Xilinx 工業(yè)、視覺、醫(yī)療及科學(xué)(ISM) 市場(chǎng)經(jīng)理 翁羽翔

機(jī)器人是工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)的終極表現(xiàn)。在構(gòu)建合作機(jī)器人、工業(yè)機(jī)器人或機(jī)器人的其它商業(yè)應(yīng)用時(shí)，工業(yè)控制、通信、機(jī)器視覺、機(jī)器學(xué)習(xí)、人機(jī)界面、網(wǎng)絡(luò)安全和安全都是需要納入考慮范圍的關(guān)鍵技術(shù)。工業(yè)機(jī)器人包括抓取機(jī)器人和移動(dòng)機(jī)器人等，從視覺、聽覺到移動(dòng)、導(dǎo)航，再到工業(yè)智能檢測(cè)，其中都有AI的身影。借助AI，工業(yè)機(jī)器人可以進(jìn)行圖像識(shí)別和分類，同時(shí)還能通過采集電機(jī)的變量進(jìn)行預(yù)測(cè)性推斷，提供損壞和維修告警，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)預(yù)測(cè)和維護(hù)功能。

伴隨智慧城市的建設(shè)，許多城市基礎(chǔ)設(shè)施的構(gòu)建也變得更加復(fù)雜。智慧路燈，也就是在城市路燈燈桿上搭載傳感器與感知設(shè)備，它的出現(xiàn)既是智慧城市的最佳落腳點(diǎn)，也有望迅速發(fā)展為萬物智能互聯(lián)的接口。借助邊緣AI的應(yīng)用，智慧路燈可以與通信技術(shù)、視頻監(jiān)控、智能終端控制與顯示及可再生能源相結(jié)合，助力城市的信息化管理。

此外，工業(yè)監(jiān)控領(lǐng)域也是一項(xiàng)重要應(yīng)用。在工廠的智慧監(jiān)控系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)能源數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)智能采集與對(duì)自動(dòng)化工業(yè)流程中的每一個(gè)步驟的全面監(jiān)控。

問：其技術(shù)挑戰(zhàn)是什么？

技術(shù)挑戰(zhàn)體現(xiàn)在很多方面。首先是AI技術(shù)本身，因?yàn)锳I技術(shù)是基于算法之上的技術(shù)延伸。AI技術(shù)的算法迭代很快，不斷地演進(jìn)，因此，在邊緣AI技術(shù)的應(yīng)用過程中會(huì)產(chǎn)生更多需求，針對(duì)不同技術(shù)領(lǐng)域的不同需求，AI本身會(huì)進(jìn)行不同方向的技術(shù)演進(jìn)。如何通過升級(jí)硬件與軟件適應(yīng)快速變化的AI算法，是目前所面臨的的一大技術(shù)挑戰(zhàn)。

還有就是關(guān)于AI開發(fā)工具，因?yàn)樗惴ǖ亩嘧冃耘c快速迭代，如何做到開發(fā)工具的普適性與提升開發(fā)工具的應(yīng)用性，是目前AI開發(fā)工具所面臨的難題。

在邊緣AI在工業(yè)的應(yīng)用上，由于涉及到邊緣與云端的相互結(jié)合，那么必須考慮的問題便是網(wǎng)絡(luò)傳輸帶寬的問題。由于以往在工業(yè)領(lǐng)域，邊緣設(shè)備的數(shù)據(jù)量沒有那么大，現(xiàn)在由于視覺技術(shù)的引入，導(dǎo)致傳輸數(shù)據(jù)量暴漲，這樣一來，如何在保證工業(yè)實(shí)時(shí)性的同時(shí)提升網(wǎng)絡(luò)帶寬，實(shí)現(xiàn)與云端的實(shí)時(shí)互聯(lián)，就成為一項(xiàng)嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。

在機(jī)器人領(lǐng)域，因?yàn)闄C(jī)器人技術(shù)本身涉及到視覺與控制的結(jié)合，包括視覺控制器與3D視覺傳感器的融合，智能避障以及機(jī)械臂抓取規(guī)劃等都是機(jī)器人領(lǐng)域AI技術(shù)的主要場(chǎng)景需求與技術(shù)挑戰(zhàn)。

還有就是在工業(yè)領(lǐng)域，由于工業(yè)控制對(duì)于延時(shí)十分敏感，往往需要毫秒級(jí)的實(shí)時(shí)準(zhǔn)確度，對(duì)于邊緣設(shè)備的傳輸效率要求很高。另外在工業(yè)器件的安全性上，由于采用云端互聯(lián)的模式，那么就必然存在著被攻擊的危險(xiǎn)，如何最大程度地保障工業(yè)設(shè)備本身的安全性與傳輸過程中的數(shù)據(jù)安全性，是目前所有廠商需要攻克的問題。

最后一個(gè)就是工業(yè)領(lǐng)域本身場(chǎng)景相對(duì)惡劣，且對(duì)設(shè)備器件的功耗要求非常高。由于我們不可能在嵌入式端使用CPUGPU這類高功耗的器件，所以工業(yè)設(shè)備的能效比問題也是目前的一大技術(shù)挑戰(zhàn)。

問：貴公司是如何解決這些難點(diǎn)的？有哪些創(chuàng)新性的解決方案推薦？ 

答：首先要說的就是賽靈思（Xilinx）的SoC產(chǎn)品，由于采用了異構(gòu)的方式，包含了硬件的單元，軟件上也可以依賴于這些硬核的單元進(jìn)行升級(jí)。無論是在傳統(tǒng)意義上的邏輯側(cè)，還是Arm的驅(qū)動(dòng)與OS，都可以支持遠(yuǎn)程升級(jí)。

賽靈思下一代的Versal? ACAP（自適應(yīng)計(jì)算加速平臺(tái)）搭載了AI引擎，使整個(gè)平臺(tái)所面向的編程語言更加靈活，支持包括C語言在內(nèi)的多種編程語言。通過ACAP，在未來我們?nèi)プ鏊惴ǖ牡聲?huì)更加便捷。

在軟件工具方面，賽靈思發(fā)布了Vitis統(tǒng)一軟件平臺(tái)，將Edge端和云端進(jìn)行了整合。Vitis可以在眾多應(yīng)用程序中啟用高度優(yōu)化的特定領(lǐng)域加速器，從Amazon AWS的云數(shù)據(jù)中心部署到執(zhí)行復(fù)雜任務(wù)的機(jī)器學(xué)習(xí)和智能邊緣設(shè)備，都可以使用Vitis。

萬物互聯(lián)時(shí)代對(duì)于數(shù)據(jù)傳輸有著更高的要求，在這個(gè)領(lǐng)域，賽靈思做了很多的參考案例，包括與AWS的IoT的合作實(shí)例。通過結(jié)合電機(jī)控制，將電機(jī)控制的數(shù)據(jù)與AWS的云進(jìn)行互聯(lián)，將云端的數(shù)據(jù)下發(fā)，同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)加速。在安全方面還做了與云端的互聯(lián)認(rèn)證等。

面向工業(yè)的實(shí)時(shí)互聯(lián)，賽靈思推出了TSN套件的解決方案，支持百兆、千兆、甚至萬兆的物理以太網(wǎng)。在保證帶寬的前提下，保障了數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性。TSN IP是由賽靈思自主研發(fā)的，同時(shí)也有第三方合作伙伴 SoC-e，他們也可以提供多端口的面向TSN交換機(jī)產(chǎn)品的解決方案。

在工業(yè)互聯(lián)過程中必然會(huì)需要OS的支撐，目前賽靈思基于SoC平臺(tái)構(gòu)建了完善的生態(tài)圈。在國(guó)內(nèi)，賽靈思在實(shí)時(shí)OS領(lǐng)域上與翼輝合作，在安全OS領(lǐng)域是與凝思科技展開相關(guān)合作。同時(shí)國(guó)外的廠商包括Wind River、QNX、ENEA等優(yōu)秀OS廠商都與賽靈思有很好的合作。

賽靈思跟許多傳感器廠商亦有合作，Sony最新推出的SLVS-EC接口就是和Xilinx深度定制，同時(shí)Onsemi（安森美）與賽靈思即將合作推出工業(yè)智能相機(jī)，延時(shí)可達(dá)毫秒級(jí)。這項(xiàng)產(chǎn)品也是目前最熱的視覺融合技術(shù)的一大體現(xiàn)，通過賽靈思FPGA強(qiáng)大的性能驅(qū)動(dòng)，賦予了工業(yè)攝像機(jī)更高的傳輸速率與處理性能。

賽靈思我們所有的Zynq SoC產(chǎn)品都符合IEC 62443安全認(rèn)證規(guī)范。賽靈思對(duì)于產(chǎn)品安全方面有著嚴(yán)格的技術(shù)把關(guān)與產(chǎn)品把控，嚴(yán)格遵守相關(guān)規(guī)范。

在 AI領(lǐng)域，賽靈思的產(chǎn)品有著詳細(xì)的數(shù)據(jù)顯示，對(duì)比CPU與GPU，在保證靈活性的前提下，賽靈思產(chǎn)品的功耗能效要更為出色。