【導讀】當數(shù)據(jù)處理需求從云端向網(wǎng)絡邊緣加速遷移，傳統(tǒng)處理器在實時性、靈活性與能效能效方面的局限日益凸顯。在這一變革中，現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA） 正以其獨特的硬件可重構(gòu)性和并行處理能力，成為解鎖下一代邊緣智能的關鍵。它不僅僅是計算的執(zhí)行者，更是連接傳感器、機器與算法的敏捷“橋梁”，能夠為自主機器人、高端醫(yī)療影像等對時延與精度有極致要求的應用，提供從高速接口到實時推理的端到端硬件加速解決方案。
當數(shù)據(jù)處理需求從云端向網(wǎng)絡邊緣加速遷移，傳統(tǒng)處理器在實時性、靈活性與能效能效方面的局限日益凸顯。在這一變革中，現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA） 正以其獨特的硬件可重構(gòu)性和并行處理能力，成為解鎖下一代邊緣智能的關鍵。它不僅僅是計算的執(zhí)行者，更是連接傳感器、機器與算法的敏捷“橋梁”，能夠為自主機器人、高端醫(yī)療影像等對時延與精度有極致要求的應用，提供從高速接口到實時推理的端到端硬件加速解決方案。
這些優(yōu)勢對于優(yōu)化生產(chǎn)質(zhì)量和效率尤為重要，在高風險的關鍵基礎設施中更是如此，在這些環(huán)境中，實時監(jiān)控、快速決策和可擴展能力可能決定成敗。然而，打造滿足這些需求的設備絕非易事。
這正是萊迪思的邊緣人工智能傳感器橋接解決方案發(fā)揮作用的地方。該解決方案專為簡化邊緣系統(tǒng)的開發(fā)和部署而設計，結(jié)合了萊迪思現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA）和英偉達（NVIDIA）Holoscan技術的優(yōu)勢，為下一代智能邊緣計算能力提供低延遲、高吞吐量的連接能力。
邊緣連接面臨的挑戰(zhàn)
邊緣開發(fā)者不得不在條件極為受限的環(huán)境中工作。由于可用的物理空間、電力和計算能力有限，邊緣并非總是適合高性能處理能力的理想環(huán)境，更不用說完全自動化的系統(tǒng)了。
對于開發(fā)者而言，這是一個長期存在的問題。即使如今的半導體采用先進的處理節(jié)點制造，大大提高了計算能力，但它們?nèi)允芸臻g和連接限制。這些先進節(jié)點的加入限制了芯片的輸入/輸出（I/O）能力，使系統(tǒng)設計變得更為復雜，尤其是當這些設備需要集成各種傳感器和設備輸入時。
此外，在當今這個時代，系統(tǒng)需求遠非一成不變。隨著人工智能（AI）和機器學習（ML）模型等解決方案不斷演進，它們所需的資源在不斷變化，需要獲得這些資源的速度也越來越快。計算需求持續(xù)上升，而電池和熱限制條件基本保持不變，這為開發(fā)者制造了一個困難且互相矛盾的場景。
FPGA聯(lián)合英偉達Holoscan的解決方案
為了克服這些限制，開發(fā)者需要一種將靈活性與高性能連接能力相結(jié)合的解決方案。通過結(jié)合萊迪思FPGA和NVIDIA Holoscan軟件的力量，開發(fā)者可以創(chuàng)建一個支持快速開發(fā)互連的邊緣應用的基礎平臺。聯(lián)合開發(fā)的傳感器到以太網(wǎng)橋接板設計將通用Lattice CertusPro?-NX FPGA的可編程性與Holoscan的處理能力相結(jié)合，以在邊緣應用中支持無縫的傳感器融合。
該解決方案的主要優(yōu)勢包括：
低延遲、高吞吐量且可擴展的傳感器數(shù)據(jù)流傳輸。
全棧解決方案，能將傳感器數(shù)據(jù)直接傳輸至英偉達（Nvidia）的本地存儲。
即用型開源軟件。
內(nèi)部AXI數(shù)據(jù)流和APB控制總線支持模塊化、可配置的傳感器配置和數(shù)據(jù)流傳輸。
支持多達2條10G以太網(wǎng)通道。
該解決方案的優(yōu)勢和實用性源于其基于FPGA的架構(gòu)。FPGA作為NVIDIA IGX Thor和AGX Orin硬件組件之間的智能橋梁，能夠為中央計算單元分擔大量處理任務。萊迪思FPGA尤其適合這一角色，因為其具備低功耗特性、確定的并行處理能力、I/O可擴展性以及內(nèi)置的安全特性。這使得它們能夠高效地預處理傳感器數(shù)據(jù)，同時降低整體系統(tǒng)功耗和延遲，并為中央計算單元騰出計算資源，以運行更復雜的人工智能（AI）模型。
精簡邊緣運算帶來的影響
這些強大的技術協(xié)同作用，有助于在各種場景中簡化并加速智能邊緣系統(tǒng)的部署，同時解決邊緣人工智能（AI）開發(fā)者面臨的最緊迫挑戰(zhàn)。
為平衡日益增長的算力需求與強大的輸入/輸出（I/O）支持能力，這款基于FPGA的解決方案將所有傳感器和輸入數(shù)據(jù)打包，并通過以太網(wǎng)進行數(shù)據(jù)流傳輸。這種方法利用了以太網(wǎng)的普適性以及其在成本效益和高帶寬方面的優(yōu)勢，能夠在不占用過多空間的情況下實現(xiàn)高效的數(shù)據(jù)傳輸。采用這種設計，F(xiàn)PGA能夠支持將傳統(tǒng)I/O功能與新需求進行橋接，對所有數(shù)據(jù)進行聚合和打包，簡化從傳感器到處理器的數(shù)據(jù)傳輸過程。
該解決方案還支持為滿足不斷演變的系統(tǒng)需求而進行的必要更新。為滿足不斷變化的系統(tǒng)需求，F(xiàn)PGA支持低功耗計算機視覺和AI處理，能夠降低鏈路帶寬和功耗，同時為中央計算單元分擔這些任務。隨著系統(tǒng)發(fā)生變化以及新任務和工作負載的引入，可根據(jù)需要重新編程FPGA，以保持最高效地平衡分配處理任務。
構(gòu)建更智能、更快速且更具可擴展性的邊緣系統(tǒng)
隨著邊緣解決方案持續(xù)推動各行各業(yè)變革，在數(shù)據(jù)源頭高效且安全地聚合和處理傳感器數(shù)據(jù)變得至關重要。通過將萊迪思FPGA的強適應性與英偉達NVIDIA Holoscan功能相結(jié)合的傳感器橋接解決方案，使得開發(fā)者能夠克服常見限制，加速邊緣部署的成功實現(xiàn)。
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