Da rechenintensive Bildverarbeitungssysteme zunehmend am Netzwerkrand integriert werden, etablieren sich FPGAs als bevorzugte flexible Plattform für zukünftige Designs. Neben einer höheren Bandbreitenkapazität müssen die eingesetzten intelligenten Systeme einen geringen Platzbedarf aufweisen und strengen Anforderungen an Wärmeentwicklung und Stromverbrauch genügen.
Die Initiative Smart Embedded Vision bietet eine FPGA-Suite bestehend aus IP, Hardware und Tools für kleine, energieeffiziente Bildverarbeitungssysteme, die für die Bereiche Industrie, Medizin, Rundfunk, Automobil, Luft- und Raumfahrt sowie Verteidigung bestimmt sind.
Im Anschluss an den Start dieser Initiative hat Microchip diese Produkte hinzugefügt, um die Designanforderungen intelligenter Bildverarbeitungssysteme zu erfüllen:
• Serielle digitale Schnittstelle (SDI) IP – Diese Schnittstelle, die für die Übertragung unkomprimierter Videodaten über Koaxialkabel entwickelt wurde, ist in verschiedenen Geschwindigkeiten verfügbar: HD-SDI (1,485 Gbit/s, 720p, 1080i), 3G-SDI (2,970 Gbit/s, 1080p60), 6G-SDI (5,94 Gbit/s, 2Kp30) und 12G-SDI (11,88 Gbit/s, 2Kp60).
• MIPI-CSI-2 IP mit 1,5 Gbit/s pro Lane – MIPI-CSI-2, häufig in Industriekameras eingesetzt, ist eine Sensorschnittstelle zur Verbindung von Bildsensoren und FPGAs. Die PolarFire-Familie erreicht Empfangsgeschwindigkeiten von bis zu 1,5 Gbit/s pro Lane und Sendegeschwindigkeiten von bis zu 1 Gbit/s pro Lane.
• SLVS-EC Rx mit 2,3 Gbit/s pro Lane – SLVS-EC Rx ist eine IP-Schnittstelle für Bildsensoren, die mit hochauflösenden Kameras kompatibel ist. Kunden können einen SLVS-EC Rx FPGA-Kern mit zwei oder acht Lanes einsetzen.
• Gigabit-MAC für verschiedene Geschwindigkeiten – Die PolarFire-Familie erreicht Geschwindigkeiten von 1, 2,5, 5 und 10 Gbit/s über die Ethernet-Physikschicht und erfüllt damit den Bedarf an einem IP-MAC für die automatisch aushandelnde USXGMII-Schnittstelle (Universal Serial 10 GE Media Independent Interface).
• CoaXPress v1.1 Host- und Geräte-IP mit 6,25 Gbit/s – CoaXPress ist ein Standard für Hochleistungs-Bildverarbeitung, Medizintechnik und industrielle Inspektion. Microchip, das die Entwicklungs-Roadmap für diesen Standard verfolgt, unterstützt CoaXPress v2.0, wodurch sich die Bandbreite auf 12,5 Gbit/s verdoppelt.
• HDMI 2.0b – Der HDMI-IP-Core erreicht Auflösungen bis zu 4K bei 60 fps für die Übertragung und 1080p bei 60 fps für den Empfang.
• PolarFire FPGA Bildverarbeitungs-IP-Paket – Integriert MIPI-CSI-2 und Bildverarbeitungs-IP für Kantenerkennung, Alphakomposition und Bildverbesserung zur Anpassung von Farbe, Helligkeit und Kontrast.
• Erweitertes Drittanbieter-Ökosystem – Die Smart Embedded Vision Initiative umfasst Kaya Instruments, das PolarFire FPGA IP-Cores für CoaXPress v2.0 und 10 GigE Vision für das Drittanbieter-Ökosystem von Microchip liefert. Ebenfalls Teil dieses Ökosystems sind Alma Technology, Bitec und ASIC Design Services, ein KI-Unternehmen, das die Core Deep Learning (CDL)-Umgebung bereitstellt, um eine energieeffiziente, auf Convolutional Neural Networks (CNN) basierende Bild- und Videoverarbeitungsplattform für Embedded- und Edge-Computing-Anwendungen zu ermöglichen.
PolarFire FPGAs reduzieren den Gesamtstromverbrauch um 30 bis 50 Prozent im Vergleich zu SRAM (Static Random-Access Memory)-basierten FPGAs der Konkurrenz im mittleren Preissegment.
Die Mitglieder dieser Familie, die 100.000 bis 500.000 Logikelemente (LE) integrieren, reduzieren den statischen Stromverbrauch um das Fünf- bis Zehnfache und eignen sich daher ideal für eine neue Reihe von Edge-Geräten, die intensive Rechenleistung nutzen, einschließlich solcher, die in Umgebungen mit thermischen und Leistungsbeschränkungen installiert werden.
Neben Hochgeschwindigkeits-IP-Cores für die Bildverarbeitung und dem PolarFire-IP-Paket für die Bildverarbeitung ist ein neues, auf MIPI-CSI2 basierendes Referenzdesign für maschinelles Lernen in intelligenten eingebetteten Systemen verfügbar. Dieses Referenzdesign, das auf dem PolarFire-FPGA-Bild- und Videoverarbeitungs-Kit mit Inferenzalgorithmen von ASIC Design Services basiert, kann kostenlos zur Evaluierung bereitgestellt werden. Alle Smart Embedded Vision-Lösungen werden von der Libero® SoC Design Suite von Microchip unterstützt.
Alle IP-Kerne werden über die Libero® SoC Design Suite bereitgestellt und können auf dem PolarFire FPGA-Bild- und Videoverarbeitungs-Kit, der Evaluierungsplattform für Smart Embedded Vision-Designs, eingesetzt werden. Diese IP-Kerne sind ab sofort verfügbar:
• HD-SDI (1,485 Gbit/s, 720p, 1080i)
• 3G-SDI (2,970 Gbit/s, 1080p60)
• MIPI-CSI-2
• Dual-Lane SLVS-EC Rx FPGA-Kern
• 6,25 Gbit/s CoaXPress v1.1
• HDMI 2.0 4K-Übertragung mit 60 fps und 1080p-Empfang mit 60 fps
Die folgenden IP-Cores werden bis Ende 2019 schrittweise hinzugefügt:
• 6G-SDI (5,94 Gbit/s, 2Kp30)
• 12G-SDI (11,88 Gbit/s, 2Kp60)
• USXGMII MAC
• Achtkanaliger SLVS-EC-Empfang
• 6,25 Gbit/s CoaXPress v2.0
• HDMI 2.0b 4K mit 60 fps im Empfang
Das PolarFire Bildverarbeitungs-IP-Paket ist jetzt für 1.499 US-Dollar erhältlich, und das ebenfalls erhältliche MPF300-VIDEO-KIT kostet 999 US-Dollar.
