FPGA在智能攝像頭優(yōu)化中的作用

智能攝像頭在我們這個技術(shù)驅(qū)動的世界中應用十分廣泛。這些獨立的視覺系統(tǒng)配備了傳感器、計算能力和基于人工智能的決策功能，使得它們不僅可以捕獲圖像，還可以提取信息并執(zhí)行操作。試想：2022年智能攝像頭市場規(guī)模高達34.8億美元，預計到2031年將飆升至80億美元。

隨著AI智能攝像頭的大規(guī)模部署，對低功耗、低延遲、安全性和適應性更強的解決方案的需求正急劇上升。這些功能可以確保智能攝像頭在各種應用中保持高效、可持續(xù)和廣泛用途，同時優(yōu)化系統(tǒng)性能。

現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA）是這一技術(shù)發(fā)展的核心。在2024年嵌入式視覺峰會上，萊迪思半導體和鈺創(chuàng)科技美國分公司發(fā)表了題為《使用低功耗FPGA和DRAM產(chǎn)品優(yōu)化終端智能攝像頭》的演講。這篇博客對演示進行了分析，并探討了開發(fā)人員如何通過FPGA來滿足網(wǎng)絡(luò)邊緣AI需求并優(yōu)化智能攝像頭。請繼續(xù)閱讀，了解FPGA的關(guān)鍵組件如何使其成為智能攝像頭的理想選擇。

FPGA在網(wǎng)絡(luò)邊緣的作用

FPGA是功能強大且靈活的解決方案，能幫助開發(fā)可擴展的網(wǎng)絡(luò)邊緣AI應用，同時減少延遲、提高能效和帶寬，并改善數(shù)據(jù)隱私問題。FPGA有幾種特性尤其適合智能攝像頭：靈活性、超低功耗、可擴展性能、可編程性和安全性。

隨著人工智能的不斷進步，智能攝像頭正在迅速發(fā)展。當出現(xiàn)新的優(yōu)化、算法、安全功能、更新或要求時，開發(fā)人員必須能夠?qū)υO(shè)備進行更改。FPGA是一種適應性強的硬件解決方案，可以幫助開發(fā)人員跟上這種不斷變化的環(huán)境。憑借固有的靈活性和可編程性，它們成為邊緣計算的理想選擇，如果需要更改功能，即使在部署后也可以輕松修改。

低功耗對于緊湊型智能攝像頭也至關(guān)重要，因為低功耗可以帶來卓越的可靠性和質(zhì)量，確保連續(xù)監(jiān)控并擴大應用范圍。FPGA能夠并行處理，且時鐘頻率較低，能為AI應用帶來頂尖的每瓦性能。

最后，F(xiàn)PGA具有足夠的嵌入式存儲和邏輯/DSP資源，可以完全在片上實現(xiàn)許多功能，同時還能夠靈活地支持高效的外部存儲器，以滿足更大的處理需求。這種靈活性對于邊緣計算至關(guān)重要，因為邊緣計算需要適應各種應用。FPGA還提供安全的器件配置，以幫助構(gòu)建邊緣AI環(huán)境中的網(wǎng)絡(luò)彈性，這對于可靠和安全的運營至關(guān)重要。

常見的智能攝像頭架構(gòu)

主要的網(wǎng)絡(luò)邊緣AI智能攝像頭架構(gòu)有三種，包括了從自帶大量外部存儲器的復雜片上系統(tǒng)（SoC）應用到具有共享存儲的較小單元。每種架構(gòu)方案都有其獨特的優(yōu)缺點。它們的使用案例取決于當前應用的性能要求。

Media SoC通常是最大、最復雜的架構(gòu)，需要8瓦或更高的功耗。它們能滿足開發(fā)人員的所有需求，但在優(yōu)化解決方案實現(xiàn)低功耗和低成本時，往往會顯得力不從心。下一個常見選擇是小型MCU和通用FPGA的組合，功耗通常約5-10瓦。低功耗邊緣解決方案的最小、高度優(yōu)化的架構(gòu)選項是使用集成了Soft RISC-V CPU和外部RPC DRAM的低功耗 FPGA，總功耗接近1瓦。

對于使用FPGA的架構(gòu)，開發(fā)人員還可以利用外部存儲器來完成更大、更復雜的處理任務。

避免過度配置存儲空間

當開發(fā)人員在智能攝像頭架構(gòu)中實施創(chuàng)新解決方案時，避免過度配置計算能力和存儲空間至關(guān)重要。說到智能攝像頭存儲，需要牢記的一點：存儲并非越多越好。未使用的多余空間不會帶來額外的收益。

額外的位和多余的存儲帶寬會對性能、功耗和成本產(chǎn)生重大影響。大多數(shù)應用都能從降低存儲和低功耗運行中獲益。開發(fā)人員應努力滿足確保應用有效運行的最低計算能力要求。這是一種更實用的方法，可提高效率并降低運行成本。

開發(fā)人員還應該在不影響組件可用性和系統(tǒng)可靠性的前提下，積極挖掘節(jié)能潛力。例如，與并行端接相比，使用CHIP SCALE封裝的串聯(lián)總線端接可顯著降低功耗。串聯(lián)終端的總線穩(wěn)定時間更快，功耗為840 mW，而并聯(lián)終端的功耗為3.6 W，因此在保持信號完整性和可靠性的同時，還能節(jié)省2.76 W的功耗。

為互聯(lián)未來鋪平道路

在這個由技術(shù)定義的時代，智能攝像頭的廣泛應用正在重塑各行各業(yè)，并徹底改變我們對周圍環(huán)境的感知和互動方式。隨著智能攝像頭市場的迅猛發(fā)展，對低功耗、低延遲、更強安全性和適應性的要求達到了前所未有的高度。FPGA是一種理想的解決方案，它具有適應性和并行處理能力，適合快速發(fā)展的用例。FPGA能夠優(yōu)化和調(diào)整網(wǎng)絡(luò)邊緣人工智能模型和圖像信號處理，這也有助于降低復雜性，同時還能滿足應用需求并降低功耗和成本。

當開發(fā)人員利用FPGA的強大功能來優(yōu)化智能攝像頭性能時，他們就能為更加互聯(lián)和智能的未來鋪平道路。了解更多有關(guān)FPGA及其在邊緣人工智能和智能攝像頭中的作用，請聯(lián)系萊迪思團隊。