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基于FPGA的嵌入式AI解决方案——EdgeBoard硬件设计与分析

时间:2023-03-18 12:00:13 科技观察

EdgeBoard是一款基于FPGA的嵌入式AI解决方案,可提供强大的计算能力,支持定制模型适应各种场景,大大提高AI推理能力该器件具有高性能、通用性强、易于集成的特点。  EdgeBoard系列计算卡符合工业设计标准,满足-40℃~85℃的温度范围。接口完善,可广泛适用于安防监控、工业质检、医疗诊断、科研教学、智慧零售等多种场景。.  EdgeBoard产品分为三个系列,称为“三兄弟”,可满足客户的不同需求,包括高性能计算解决方案和高性价比处理解决方案。本文将从“三兄弟”的特点和整体硬件架构来介绍EdgeBoard。  1。为什么EdgeBoard使用FPGA  一个理想的异构计算平台应该具备三个基本能力:第一,专有的硬件加速能力,提升算法性能;第二,高效灵活地适配算法的能力,具有不断适配Evolved算法;最后丰富的外设接口,适合不同的应用场景。  CPU作为通用处理器,以逻辑计算为出发点,更侧重于控制流数据。适用于控制和调度任务,不易扩展外围电路。GPU具有并行计算的特点,广泛应用于训练阶段。但由于功耗大、成本高等原因,部署在末端的产品很少。此外,高延迟和缺乏外围电路的支持也不利于端部部署。产品。ASIC作为一种专用集成电路芯片,具有体积小、功耗低、计算性能高等特点。但AISC芯片的研发时间长,资金投入大。由于芯片内部结构相对固定,无法适应快速演进的AI算法。在应用场景不明朗之前,ASIC显然不是最佳选择。  FPGA作为现场可编程门阵列,具有低功耗、低延迟、高性能等优点。其可编程特性可以灵活适配不同的算法,FPGA丰富的外围接口可以满足不同应用需求,FPGA差异化的内部逻辑资源可以提供不同的计算能力支持。这些优势使得FPGA广泛应用于AI推理加速。  2.EdgeBoard计算卡简介  2-1概述  EdgeBoard是一款基于XilinxZynqUltraScale+MPSoC系列芯片的计算卡。该芯片集成了ARM处理器+GPU+FPGA架构。具有多核处理能力、视频流硬解码处理能力、FPGA可编程特性。内置Linux4.14.0系统和深度学习预装环境,与百度大脑模型定制平台(AIStudio、EasyDL、EasyEdge)深度对接,实现模型训练、部署、推理等一站式服务。  EdgeBoard计算卡产品分为FZ9、FZ5、FZ3三个系列,分别基于XCZU9EG、XAZU5EV、XAZU3EG开发。它们具有高性能、硬解码、低成本等特点,针对不同的需求和应用场景,以不同的市场定位和产品定位,满足各类开发者的多样化需求。  2-2FZ9系列计算卡  EdgeBoardFZ9系列计算卡是一款基于XCZU9EG芯片的高性能计算卡,具有高性能和集成功能。ZU9芯片的PS端有四核Cortex-A53和双核Cortex-R5以及Mali-400MP2GPU;PL端资源DSPSlices2520,运算性能高达3.6Tops,片上存储BRAM高达32.1Mb。  FZ9计算卡产品采用核心板+扩展板的双层设计方案,增加了对外接口数量。+FPGA),支持多种视频源(usb、mipi、bt1200、webcam)输入,具有强大的视频预处理能力。视频输出DisplayPort接口兼容标准Linux视频框架V4L2。高性能的视频处理能力和标准化的视频输出接口,可满足机器学习、医疗诊断等行业需求。EdgeBoardFZ9计算卡  2-3FZ5系列计算卡  EdgeBoardFZ5系列计算卡是一款基于XAZU5EV芯片的计算卡,提供高性能和功能集成,具有多路视频流H264&H265标准编解码功能.ZU5芯片的PS端还包括四核Cortex-A53、双核Cortex-R5、GPUMali-400MP2;PL端资源DSPSlices1248个,运算性能达到2.4Tops,片上存储BRAM达到5.1Mb,UltraRAM18Mb。  FZ5计算卡产品延续了FZ9计算卡的产品形态。采用核心板+扩展板双层设计方案,拥有多个视频输入接口,VCU(VideoCodecUnit)硬核解码,视频输入处理采用流水线设计,实现高吞吐量。高容量低延迟,具有出色的电源性能比。产品可广泛应用于有硬解码需求的视频图像推理,满足安防监控、工业质检、自动驾驶等行业需求。EdgeBoardFZ5计算卡  2-4FZ3系列计算卡  EdgeBoardFZ3系列计算卡是一款基于XAZU3EG芯片的计算卡,处理器ZU3芯片内置四核Cortex-A53和核心FPGA可编程逻辑模块;PL端资源DSPSlices360,实测计算性能达到1.2Tops,片上存储BRAM达到7.6Mb。  FZ3计算卡产品具有高度集成的设计方案。板卡尺寸为80*70mm。具有usb3.0、bt1120、mipi、网络等多种视频输入接口。功耗仅为5W左右,出色的功耗性能比。针对FZ3产品高性能、低功耗、低成本、小体积的特点,产品可广泛应用于科研教学、智慧零售、安防监控等行业。EdgeBoardFZ3计算卡  3.EdgeBoard架构及性能介绍  3-1MPSoC系统架构  ZynqUltraScale+MPSoC架构提供四核Cortex?-A53高效64位ARMv8应用处理器,频率提升高达1.5GHz,具有双核ARM?Cortex?-R5600MHz的实时低功耗协处理器和高达667MHz的ARM?Mali?-400MP2GPU,而EV系列还包括H.265/H.264视频编解码器单元,可为动态电源管理和安全配置需求提供原生UltraHD压缩和专用引擎。ZynqUltraScale+MPSoC平台系统顶层框图如下:MPSoC平台系统框架  3-2EdgeBoard计算卡配置对比  基于MPSoC平台系统顶层框图,EdgeBoard计算卡片系统框架设计如下:EdgeBoard计算卡片系统框架  配置方面,EdgeBoard计算卡拥有4GB和2GB不同的DDR4内存配置版本。存储支持8GBeMMC、256MBNORFlash、8KbEEPROM,具有多种视频(usb、mipi、bt1200、网络视频)输入接口。方便开发者调试,支持TF卡系统盘启动。  EdgeBoard整体配置对比:  3-3EdgeBoard常用机型性能数据  EdgeBoard软核仍在升级中,性能也会同步提升。不同版本的网络模型对计算能力的要求不同,可以针对具体的项目应用需求进行定制和优化。  福利  据可靠八卦:EdgeBoard(FZ5和FZ9)开售,史上最低价,降价1000元,有兴趣的可以去看看:https://aim.baidu.com/product/5b8d8817-9141-4cfc-ae58-640e2815dfd4