讓筆記本電腦重獲生機(jī)：萊迪思為筆記本電腦增添重要功能

實(shí)時(shí)在線和瞬時(shí)啟動(dòng)

如今，筆記本電腦進(jìn)入睡眠或喚醒狀態(tài)只有三種操作方式：按下按鈕（可能是用鼠標(biāo)），合上機(jī)蓋或等待電腦進(jìn)入睡眠。新款的筆記本電腦可能會(huì)通過語(yǔ)音命令喚醒。

筆記本電腦面臨的主要問題在于其SoC芯片。SoC負(fù)責(zé)控制筆記本電腦中進(jìn)行的各類活動(dòng)，因此，它參與了電腦執(zhí)行的絕大多數(shù)任務(wù)。SoC包含CPU核心，可能還包括其他處理電路和外設(shè)電路，它在工作時(shí)會(huì)消耗大量能量。

由于SoC參與了筆記本電腦的大量活動(dòng)，因此在系統(tǒng)（尤其是SoC）休眠時(shí)，電腦幾乎無(wú)法處理任何任務(wù)。睡眠期間可用的功能就是和喚醒系統(tǒng)相關(guān)的選項(xiàng)。其他任務(wù)都無(wú)法在睡眠的系統(tǒng)上運(yùn)行。在某些情況下，如果需要處理特定的任務(wù)（如下載電子郵件、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控等），工作功率會(huì)達(dá)到100毫瓦，大大減少了電池使用時(shí)間。

如果筆記本電腦擁有響應(yīng)傳感器信號(hào)的AI功能，那么即使SoC處于睡眠狀態(tài)，電腦也可以執(zhí)行許多任務(wù)。AI功能可以在SoC睡眠時(shí)工作或做出決策，要么喚醒SoC開展進(jìn)一步的工作，要么讓SoC保持睡眠狀態(tài)，讓AI處理所需完成的任務(wù)。低功耗FPGA是實(shí)現(xiàn)AI功能的理想硬件平臺(tái)。它們擁有足夠的處理能力執(zhí)行基本的AI任務(wù)（例如存在檢測(cè)），功耗卻比SoC低得多。如果AI確定需要SoC參與任務(wù)，則將其喚醒，配合AI進(jìn)行處理或采取其他措施。

萊迪思sensAI解決方案集合可搭載iCE40 UltraPlus、ECP5?和CrossLink-NX FPGA，輕松實(shí)上述AI功能。但是目前為止，此類AI大多應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)（IoT）設(shè)備。例如，智能門鈴可能具有以下功能：

●   檢測(cè)人員和其他物體（如包裹）的存在。

●   檢測(cè)和/或識(shí)別出特定的人臉或人。可以是注冊(cè)為授權(quán)用戶的特定人員（例如房屋的居住者），也可以是經(jīng)常路過門鈴攝像頭的人員，例如身穿制服的快遞員或園丁。

●   理解一些手勢(shì)或語(yǔ)音命令。將面部識(shí)別與語(yǔ)音關(guān)鍵詞或密碼驗(yàn)證相結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)雙重身份驗(yàn)證登錄，提高安全性。

●   利用兼容各類傳感器的推理引擎來最大程度地減少傳輸?shù)皆贫藬?shù)據(jù)。

在此類應(yīng)用中，萊迪思FPGA能夠在SoC不工作的狀態(tài)下，在更低功耗下提供比獨(dú)立CPU更高的性能，因?yàn)镃PU必須通過軟件執(zhí)行任務(wù)，而FPGA采用效率更高、基于硬件的實(shí)現(xiàn)。例如，控制智能門鈴或監(jiān)控?cái)z像頭的CPU每秒可處理1-2幀，而功耗卻高達(dá)100 mW。 萊迪思iCE40 UltraPlus FPGA在7 mW功耗下每秒可處理5幀，性能為前者的3-5倍，功耗僅為前者的十四分之一。

如果萊迪思的sensAI解決方案可用于智能門鈴或監(jiān)控?cái)z像頭，則同樣適用于筆記本電腦，實(shí)現(xiàn)以下功能：

●   檢測(cè)用戶何時(shí)觀看屏幕。當(dāng)用戶的視線離開屏幕時(shí)，調(diào)暗屏幕節(jié)省電量；注意力重新聚焦屏幕時(shí)，增加屏幕亮度。

●   根據(jù)筆記本電腦所處的位置調(diào)整安全設(shè)置。

●   檢測(cè)用戶的視線方向。這可以簡(jiǎn)化通常需要鼠標(biāo)的任務(wù)。眼部跟蹤可以避免手動(dòng)操作某些頻繁出現(xiàn)的任務(wù)。

●   優(yōu)化圖形渲染的功耗。可以著重渲染用戶正在觀看的屏幕部分。其余部分保持相對(duì)模糊或較低的渲染效果，從而節(jié)省電量，直到用戶視線轉(zhuǎn)移到屏幕的其他部分。

●   通過玩家的眼睛移動(dòng)影響游戲的敘述軌跡。

●   檢測(cè)是否有人在用戶背后偷窺。

●   沒人使用筆記本電腦時(shí)，調(diào)暗屏幕以節(jié)省電量。

下面的示意圖說明了萊迪思iCE40 UltraPlus FPGA如何分擔(dān)筆記本電腦SoC的一些AI處理工作。

在此設(shè)計(jì)中，傳感器接口收集各個(gè)傳感器的輸入，在FPGA的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（NN）加速器中進(jìn)行處理，并在片上SRAM存儲(chǔ)處理神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)所需的權(quán)重和激活值。如果需要進(jìn)一步處理，加速器則做出決策，喚醒SoC。

AI功能的構(gòu)建采用了萊迪思sensAI解決方案集合的各種資源以及iCE40 UltraPlus和CrossLink-NX FPGA。設(shè)計(jì)人員可以使用完善的軟件工具和整套設(shè)計(jì)工具，進(jìn)一步調(diào)整在Caffe、Keras、MobileNet、ResNet、SSD和TensorFlow等主要框架上訓(xùn)練的網(wǎng)絡(luò)。sensAI包括了參考設(shè)計(jì)、演示板、IP核和硬件平臺(tái)，可用于開發(fā)各類常見的AI應(yīng)用（例如存在檢測(cè)、對(duì)象計(jì)數(shù)、面部識(shí)別等）。萊迪思還提供定制設(shè)計(jì)服務(wù)，讓開發(fā)人員快速實(shí)現(xiàn)AI功能，而無(wú)需全方位學(xué)習(xí)如何開發(fā)和實(shí)現(xiàn)AI應(yīng)用。

減少信號(hào)數(shù)量，邁入全新形態(tài)

現(xiàn)代筆記本電腦面臨的第二個(gè)挑戰(zhàn)是如何超越傳統(tǒng)的外觀。這涉及到筆記本的靈活性，例如從中間將屏幕折疊將其收起。筆記本電腦的設(shè)計(jì)面臨著大量信號(hào)傳輸?shù)碾y題，這些信號(hào)又涉及到眾多協(xié)議。

一種簡(jiǎn)單的處理方法是通過信號(hào)聚合來減少信號(hào)數(shù)量。可以將多個(gè)低帶寬接口復(fù)用到單個(gè)更高帶寬的信號(hào)上，然后再進(jìn)行解復(fù)用，大大優(yōu)化了筆記本電腦的布線。它使電路板之間的連接更簡(jiǎn)單，還能簡(jiǎn)化電路板上的布線，還意味著能夠大大減少穿過鉸鏈或其他柔性元件的線路。并且由于減少了連接器數(shù)量，可靠性也得到增強(qiáng)。

信號(hào)聚合可以在單線或一對(duì)LVDS上實(shí)現(xiàn)。萊迪思的FPGA可以提供諸多性能選擇來傳輸這些信號(hào)，從而為最高效的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)提供方案。例如，一片iCE40 UltraPlus FPGA可以以在單線上實(shí)現(xiàn)7 Mbps的傳輸速率。使用更高性能的萊迪思FPGA，可以實(shí)現(xiàn)更高的帶寬聚合速度。

然而，問題在于，不同的信號(hào)可能采用不同的協(xié)議進(jìn)行傳輸。可以通過類似于傳感器集線器（Hub）的I/O集線器來解決這一難題。該集線器可聚合不同類型的本地I/O信號(hào)，并將其復(fù)用到數(shù)量較少的高速線路上。這些線路連接另一端的I/O集線器，信號(hào)在此被還原為最初的協(xié)議類型。

萊迪思的FPGA提供用于接收I/O信號(hào)并傳輸多路復(fù)用信號(hào)的物理硬件。萊迪思還提供用于構(gòu)建I/O集線器的IP。信號(hào)聚合可適用各類傳感器，因此不同類型的傳感器（RGB、IR、激光雷達(dá)、雷達(dá)等）數(shù)據(jù)流或通過不同總線類型（I2C、I2S、UART、GPIO）傳輸?shù)男盘?hào)可以聚合在同一引腳或線路上。萊迪思在智能手機(jī)的信號(hào)聚合方面長(zhǎng)期積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，這些同樣適用于筆記本電腦上的傳感器聚合應(yīng)用。

萊迪思助您打造未來的筆記本電腦

工程師們正努力開發(fā)全新的筆記本電腦，為用戶提供類似智能手機(jī)和平板電腦的使用體驗(yàn)。與今天的產(chǎn)品相比，未來的筆記本電腦將更易于使用、電池壽命更長(zhǎng)并且更加安全。

功耗和外形尺寸方面的改進(jìn)將最為顯著。筆記本電腦將通過節(jié)電技術(shù)，讓用戶可以連續(xù)使用一整天或更長(zhǎng)時(shí)間。它們還將變得更加靈活、便攜。

而萊迪思FPGA將是筆記本電腦實(shí)現(xiàn)這些新功能的關(guān)鍵。在SoC之外處理工作可延長(zhǎng)SoC的睡眠狀態(tài)，僅在需要使用其計(jì)算能力時(shí)才將其喚醒，這將大幅降低功耗。在硬件上實(shí)現(xiàn)AI以及傳感器集線器，可以連接多個(gè)攝像頭、麥克風(fēng)和其他傳感器，意味著SoC停止工作的時(shí)間更長(zhǎng)。聚合多路信號(hào)的I/O集線器有助于減少信號(hào)數(shù)量，實(shí)現(xiàn)基于AI的傳感器聚合，筆記本電腦的構(gòu)建因此更加簡(jiǎn)單，還能提供更豐富的用戶體驗(yàn)。

萊迪思的FPGA為這些集線器提供了硬件平臺(tái)，sensAI解決方案集合則使AI功能更易實(shí)現(xiàn)。兩者結(jié)合可以幫助開發(fā)人員制造更輕便、功耗更低的筆記本電腦，為2020年代的企業(yè)和個(gè)人用戶提供更強(qiáng)大的生產(chǎn)力工具。