圖1:NetGear Arlo,早期的AI家居安防攝像頭之一。(影像出處:Scott Lewis,根據(jù)創(chuàng)作共享授權(quán))
家居監(jiān)控:如何選擇內(nèi)存技術(shù)以適應(yīng)新型系統(tǒng)架構(gòu)
發(fā)布時(shí)間:2020-10-27 來源:華邦電子DRAM營銷經(jīng)理 曾一峻 責(zé)任編輯:lina
【導(dǎo)讀】近年來,人工智能(AI)和機(jī)器學(xué)習(xí)(ML)技術(shù)產(chǎn)品需求激增。但研究發(fā)現(xiàn),在自動駕駛等應(yīng)用中,讓機(jī)器學(xué)習(xí)人類與生俱來的技能和判斷力,簡直難若登天。盡管在部分領(lǐng)域,有關(guān)AI的炒作已經(jīng)超越現(xiàn)實(shí),仍有不少采用ML功能的真實(shí)產(chǎn)品開始逐漸吸引消費(fèi)者的目光。
近年來,人工智能(AI)和機(jī)器學(xué)習(xí)(ML)技術(shù)產(chǎn)品需求激增。但研究發(fā)現(xiàn),在自動駕駛等應(yīng)用中,讓機(jī)器學(xué)習(xí)人類與生俱來的技能和判斷力,簡直難若登天。盡管在部分領(lǐng)域,有關(guān)AI的炒作已經(jīng)超越現(xiàn)實(shí),仍有不少采用ML功能的真實(shí)產(chǎn)品開始逐漸吸引消費(fèi)者的目光。例如采用智能視覺的安防和家居監(jiān)控系統(tǒng),就擁有巨大的潛力:分析公司Strategy Analytics預(yù)測,2019年至2023年間,家居安防攝像頭市場的增長率將超過50%,市值將從80億美元增至130億美元。
由于影像和場景識別被認(rèn)為是最適合發(fā)展ML技術(shù)的功能之一,智能攝像頭得以蓬勃發(fā)展。家居監(jiān)控系統(tǒng)中的智能功能可用于:
看護(hù)老年人或弱勢群體
監(jiān)測嬰兒睡眠時(shí)呼吸是否正常
識別住戶或?qū)櫸锏拿娌浚ɡ缰悄荛T鈴或智能寵物門),自動允許他們進(jìn)入
監(jiān)控住宅周邊的可疑活動,并觸發(fā)入侵警報(bào)
這些搭載高級圖像信號處理器(ISP)的新型智能監(jiān)控系統(tǒng),其實(shí)就是具有特定功能的計(jì)算機(jī)。這一類的最新產(chǎn)品采用類似于計(jì)算機(jī)的架構(gòu),需要依靠高速DRAM系統(tǒng)的低延遲、高帶寬作業(yè)來儲存在ISP上執(zhí)行的應(yīng)用程序代碼。本文將探討影響新型家居安防監(jiān)控系統(tǒng)類別中DRAM技術(shù)選擇的因素,并說明DRAM的發(fā)展如何對應(yīng)ISP型架構(gòu)的特定需求。
功能完善的計(jì)算機(jī)攝像頭系統(tǒng)內(nèi)存
用于家居安防監(jiān)控的最新智能攝像頭,使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來進(jìn)行影像或場景識別。這些監(jiān)控系統(tǒng)包含推理引擎:這是一種經(jīng)過訓(xùn)練的軟件算法,可以通過檢視和分析訓(xùn)練數(shù)據(jù)集中所含的數(shù)千或數(shù)百萬個(gè)已標(biāo)記影像,“學(xué)會”識別影像或場景類型。
圖1:NetGear Arlo,早期的AI家居安防攝像頭之一。(影像出處:Scott Lewis,根據(jù)創(chuàng)作共享授權(quán))
執(zhí)行推理引擎是一項(xiàng)運(yùn)算量很大的工作負(fù)載,因此一些最新的家居監(jiān)控系統(tǒng)會搭載高效能的整合式ISP,以及芯片組制造商(例如Ambarella)的AI推理引擎,這些ISP通常采用功能強(qiáng)大的Arm® Cortex®-A系列應(yīng)用處理器核心。
另一種常見家居安防攝像頭設(shè)計(jì)的方法是“Light AI”,該方法使用Omnivision、Kneron和NXP Semiconductors等制造商所生產(chǎn)的體積較小、功能較少的芯片組。雖然Omnivision和NXP已是全球知名的高級傳感器和處理器芯片供貨商,但隨著近幾年Kneron迅速崛起,該公司成為AI技術(shù)的領(lǐng)導(dǎo)者,其KL520被EE Times評選為十大邊緣AI應(yīng)用芯片組之一。
因此,這些以AI為出發(fā)點(diǎn)的家居監(jiān)控系統(tǒng)其實(shí)也應(yīng)算是計(jì)算機(jī)攝像頭(如圖1),與老式的閉路電視(CCTV) 攝像頭,或單純記錄場景含有時(shí)間戳視頻片段的安防攝像頭,是完全不同的裝置。新一代的家居安防攝像頭采用計(jì)算機(jī)型態(tài)的架構(gòu),并配備充足的高速DRAM內(nèi)存來儲存復(fù)雜的推理引擎和其他應(yīng)用程序代碼 (如圖2)。
圖2:家居安防攝像頭的典型系統(tǒng)架構(gòu)包含支持ISP的DRAM系統(tǒng)內(nèi)存(以Ambarella CV25S為例)
但家居監(jiān)控系統(tǒng)不同于平板電腦、智能手機(jī)或其他通用型計(jì)算機(jī),具有專用的影像和推理功能,可充分發(fā)揮組件和系統(tǒng)架構(gòu)的效能。這代表DRAM單純是為了滿足影像信號處理功能的需求,而非一般的運(yùn)算任務(wù)。
因此,家居安防攝像頭制造商發(fā)現(xiàn),相比使用智能手機(jī)或筆記本電腦中常見的高容量4GB、8GB DRAM,專用的低容量或中容量LPDRAM更具優(yōu)勢。
圖3:展示板上為Kneron KL520 SoC。KL520神經(jīng)處理單元(NPU)獲EE Times評選為十大邊緣AI應(yīng)用芯片組之一 (KL520內(nèi)含華邦512Mb LPDDR2 KGD)
省電、長效且可靠
能耗問題極大地影響了制造商對DRAM類型以及DRAM供貨商的選擇。針對高端計(jì)算機(jī)和平板電腦,OEM需要盡量提高DRAM內(nèi)存容量和帶寬最大化,并盡量降低成本,因此必須選擇采用領(lǐng)先工藝制程的最新DRAM技術(shù)。
相比之下,家居安防和監(jiān)控?cái)z像頭更注重:
省電:例如,智能視頻門鈴的設(shè)計(jì)必須延長其一次性堿性電池的工作時(shí)間,以最大程度地減少更換電池的頻率。
長效:根據(jù)家居監(jiān)控系統(tǒng)市場的經(jīng)濟(jì)狀況要求,一款成功的設(shè)計(jì)必須在市場上維持三年以上。因此,供貨商必須保障這些設(shè)計(jì)中的組件有長效的使用壽命,避免OEM定期重新設(shè)計(jì)硬件。
可靠性:由于家居監(jiān)控系統(tǒng)必須安裝在精確的固定位置才能拍攝到所需的場景,這意味著維修和更換都需要技術(shù)人員到場處理,相比將故障的筆記本電腦寄回維修中心,成本要高出許多。因此,客戶和OEM都非常重視單個(gè)組件及整體系統(tǒng)的可靠性。
以上因素也將影響OEM對DRAM產(chǎn)品和供貨商的評估。專用內(nèi)存制造商,與采用頂尖制程并專注于PC和服務(wù)器市場的大型DRAM制造商,兩者的方法形成鮮明對比。
DRAM的專業(yè)供貨商能為可采用傳統(tǒng)DRAM技術(shù)運(yùn)作的應(yīng)用提供多元的產(chǎn)品,而非供應(yīng)最先進(jìn)的產(chǎn)品。例如,華邦供應(yīng)的產(chǎn)品包括DDR、DDR2和DDR3標(biāo)準(zhǔn)版本的SDRAM,還有用于功率敏感設(shè)計(jì)的低功耗LPDDR、LPDDR2、LPDDR3、LPDDR4和LPDDR4x行動內(nèi)存(Mobile DRAM)。
主流DRAM制造商的制程也針對內(nèi)存容量和晶粒成本進(jìn)行了優(yōu)化。選擇不采用尖端技術(shù)的制造商可以自由改進(jìn)傳統(tǒng)制程,更全面地滿足工業(yè)、汽車、醫(yī)療和消費(fèi)市場的需求。華邦在臺灣的行動內(nèi)存晶圓廠實(shí)施的制程,能最大程度降低裝置的功耗,從而幫助華邦的標(biāo)準(zhǔn)版DRAM產(chǎn)品提供比競爭對手的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品更好的電源性能。
家居監(jiān)控系統(tǒng)的OEM也需要依賴其所選組件的可靠性,其中專用內(nèi)存供貨商的作業(yè)配置也是為了滿足市場需求。華邦的LPDRAM可以提供高可靠性保證。
最后,雖然主流的高容量DRAM功能接口與PC和服務(wù)器所使用的x86微處理器架構(gòu)兼容,但專用DRAM能進(jìn)行調(diào)整,以更簡易的方式與其他類型的處理器(尤其是Arm架構(gòu)裝置)整合。為了簡化家居監(jiān)控系統(tǒng)制造商的系統(tǒng)整合,華邦與ISP芯片組制造商合作,為智能監(jiān)控?cái)z像頭的參考設(shè)計(jì)板提供支持。
支持快速開發(fā)更高級的監(jiān)控系統(tǒng)
隨著人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)的發(fā)展,為了支持ISP,市場對更大信號處理量和更高速內(nèi)存的需求將持續(xù)增長。專用DRAM的發(fā)展規(guī)劃應(yīng)包含引進(jìn)新標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)(例如LPDDR4/4x),以提供更大的帶寬。華邦的DRAM和Flash內(nèi)存產(chǎn)品以國際質(zhì)量認(rèn)證及高質(zhì)量制造流程為后盾,讓OEM廠商有信心在家居與安防監(jiān)控系統(tǒng)中建構(gòu)更具智能的新功能。
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