Congatec sta espandendo la sua piattaforma SMARC con un nuovo modulo con un processore NXP i.MX 8M Plus pensato appositamente per applicazioni AI embedded.
Grazie all'ampio ecosistema con carrier board da 3,5 pollici pronta per l'applicazione, fotocamere Basler e stack software AI, è possibile un rapido proof of concept. Non sempre è stato così semplice. In precedenza, di solito era molto più difficile utilizzare la più recente tecnologia di processore dell'ambiente Arm come sistema finito, che implementare l'ambiente x86. Questo perché, a causa della gamma storicamente ampia di progetti personalizzati su misura utilizzati in grandi quantità, l'ecosistema delle piattaforme di sistema non è così esteso. Tuttavia, con l'approccio modulare basato sulla specifica Computer-On-Modules SMARC, è ora possibile ottenere anche fattori di forma standard dalla gamma di box PC x86 con processori ARM. Ad esempio, Congatec, specializzato nell'embedded computing, offre una scheda da 3,5 pollici che può essere equipaggiata con moduli della sua piattaforma SMARC 2.1 secondo necessità (Figura 1). Con ogni lancio di un nuovo modulo SMARC, il portfolio di possibili configurazioni viene automaticamente ampliato con un leggero ritardo. L'ultimo processore flagship è il nuovo processore NXP i.MX 8M Plus (Figura 2), che Congatec lancerà ufficialmente su SMARC al Virtual Embedded World 2021 e per il quale si prevede che il supporto ufficiale del carrier da 3,5 pollici sarà interamente completato in estate.
Caratteristiche interessanti
I punti tecnici salienti del nuovo modulo SMARC con processore i.MX 8M Plus sono i quattro potenti core del processore Arm Cortex-A53 con la Neural Processing Unit (NPU) aggiuntiva, che aggiunge fino a 2,3 TOPS di potenza di calcolo AI. Grazie all'Image Signal Processor (ISP) integrato, sono stati sviluppati specificamente per applicazioni di inferenza AI e machine learning e possono elaborare in modo molto efficiente i dati delle due interfacce MIPI CSI integrate. Un campo di applicazione chiave in questo caso sono i sistemi di controllo gesture-based, ad esempio, che consentono l'accesso senza contatto alle applicazioni mediche sui computer di terapia intensiva per regolare la somministrazione delle infusioni. Inoltre, le funzioni multimediali coprono l'accelerazione grafica 3D/2D, nonché la decodifica e la codifica video, incluso H.265, in modo che i flussi della telecamera possano essere inviati direttamente alla rete. Le risoluzioni elevate stanno diventando sempre più importanti sia nei sistemi di ispezione che nei sistemi di monitoraggio per consentire una migliore valutazione dei dettagli. La NPU può aiutare con il pre-processamento in modo che i dati grezzi non sovraccarichino la rete.
Interessante anche il DSP di alta qualità per le funzioni audio e vocali. Grazie alla combinazione con le arithmetic logic units è possibile, ad esempio, il riconoscimento vocale specifico dell'utente con circa 40.000 parole diverse. E questo, a differenza delle soluzioni commerciali come Alexa, Google o Siri, puramente in locale e del tutto senza alcuna connessione cloud, che può essere molto utile per i comandi vocali senza contatto.
Inoltre, tramite il Cortex-M7, è possibile il controllo in tempo reale. E tramite Gigabit Ethernet con Time-Sensitive Networking (TSN). Per la prima volta, l'elevata sicurezza e affidabilità dei dati sono garantite dalla funzione ECC in linea del processore, che può implementare un codice di correzione degli errori basato sulla memoria LPDDR4 per un massimo di 6 GB di capacità. Il Cortex-M7 può essere utilizzato anche come unità fail-safe, fondamentale per la progettazione delle applicazioni dei clienti con tolleranza ai guasti in conformità con IEC 61508/IEC61511. Se si guarda a questo pacchetto di servizi a tutto tondo e si implementano ulteriori funzioni specifiche dell'applicazione tramite PCIe Gen 3 come 2x USB 3.0 e 2x SDIO, si dispone di una piattaforma Linux, Android o FreeRTOS altamente affidabile e robusta che, a seconda della tipologia, può essere utilizzata anche nel campo di temperature industriali da -40°C a 85°C. Per inciso, il BSP principalmente supportato da Congatec si basa sul framework Yocto. Il basso consumo energetico di 2,6 W, l'eMMC on-board con capacità di archiviazione di 128 GB e la possibilità di funzionare in modalità robusta pSLC per prolungare ulteriormente la durata della memoria, sono altri punti salienti (Figura 3).
Figura 1: Carrier board Congatec per moduli SMARC
Figura 2: Modulo SMARC Congatec con processore NXP i.MX 8M Plus
Figura 3: Schema a blocchi del modulo processore NXP i.MX 8M Plus
Diverse aree di applicazione
I nuovi moduli SMARC con piattaforma i.MX 8M Plus sono quindi focalizzati su applicazioni industriali affidabili in combinazione con embedded vision, machine learning e Intelligenza Artificiale, nonché applicazioni multimediali avanzate. Si rivolgono quindi all'Industry 4.0/IIoT, al visual inspection e i sistemi di monitoraggio, infrastrutture intelligenti e smart city. Altre applicazioni si possono trovare nell'agricoltura e nell'edilizia, nonché nell'automazione degli edifici e nella tecnologia di misurazione. I mercati target sono quindi estremamente diversificati. Uno dei più grandi campi di applicazione è nell'ampia gamma di HMI perché praticamente ogni dispositivo oggi ha un'interfaccia utente grafica ed estese funzioni multimediali per esperienze sempre più coinvolgenti, anche nelle aree dei dispositivi mobili e a bassa potenza. Il supporto di un massimo di tre display indipendenti rende, inoltre, il nuovo modulo processore predestinato per applicazioni multidominio. La piattaforma del processore NXP i.MX 8M Plus è quindi un sostituto perfetto per tutte le applicazioni i.MX6 esistenti che stanno andando avanti negli anni. Inoltre, ridimensiona il portfolio AMD e Intel basato su SMARC da Congatec verso piattaforme di soluzioni mobili, compatte e più efficienti dal punto di vista energetico. A ciò si aggiungono i dispositivi palmari mobili e le applicazioni di bordo. Grazie all'integrazione della fotocamera e dell'Intelligenza Artificiale, i moduli sono adatti anche per una moltitudine di diverse applicazioni visive, per le quali Congatec e il suo partner Basler offrono servizi estesi.
Applicazioni Industry 4.0 con networking in tempo reale
I nuovi moduli SMARC con processori della piattaforma i.MX8 M Plus offrono numerose interessanti funzionalità per il controllo real-time di applicazioni safety-critical e sistemi Industry 4.0 in rete come robot o veicoli logistici autonomi. Queste cominciano con il watchdog integrato, che può essere utilizzato per il rilevamento dei guasti nei sistemi di controllo macchina ridondanti. I sistemi edge distribuiti con sincronizzazione real-time possono essere installati anche tramite il clock real-time e la porta Gigabit Ethernet compatibile con TSN. Ad esempio, nelle celle di produzione in rete o nell'industria di processo. La NXP Trust-Zone offre un ambiente di esecuzione sicuro per una protezione avanzata contro gli attacchi informatici, il cui rischio aumenta attraverso il networking. Questo si basa su un modulo di crittografia (CAAM) per la crittografia ECC e RSA con accelerazione hardware, il Resource Domain Controller (RDC) per l'esecuzione isolata di software critico e la modalità sicura High Assurance Boot, che impedisce l'esecuzione di software non autorizzato durante la procedura di avvio.
Embedded Vision Systems un mercato di riferimento
La disponibilità dei moduli SMARC con i.MX 8M Plus è quindi un'altra pietra miliare nelle piattaforme di soluzioni dell'azienda per gli embedded vision systems. Congatec ha già creato un proof of concept per applicazioni retail di deep learning con Basler e NXP Semiconductors nel 2019. Su questa piattaforma gira il software AI integrato, con il quale è possibile realizzare sistemi di cassa automatizzati nella vendita al dettaglio. Con la crescente popolarità delle tecnologie contactless a seguito della pandemia, questo kit è ora più rilevante che mai e il processore NXP i.MX 8M Plus con la nuova NPU e il potente processore del segnale di immagine per una valutazione real-time ancora più potente delle immagini basata su AI, offre un set di funzionalità ancora più interessante per tali applicazioni (Figura 4). L'ISP può elaborare stream video di 375 megapixel al secondo (MP/s). Ciò corrisponde a 180 immagini Full HD al secondo con, ad esempio, l'ottimizzazione del contrasto dell'immagine o la correzione della distorsione dell'obiettivo. Con il processore neurale integrato e il supporto per OpenGL ES 3.1, estensioni Vulcan VX, OpenCL 1.2 FP e OpenVG 1.1, le applicazioni di visione ricevono prestazioni di elaborazione straordinariamente elevate.
Figura 4: Congatec ora equipaggerà anche il suo kit di embedded vision pronto per l'applicazione con il nuovo modulo SMARC 2.1 conga-SMX8-Plus con processori i.MX 8M Plus
Con COM & Carrier su design Customer-Specific
I moduli SMARC, come tutti i Computer-On-Module, sono interessanti anche per gli sviluppatori senza la scheda da 3,5 pollici perché spesso sono già disponibili carrier board pronte per l'applicazione, e i moduli SMARC possono essere utilizzati direttamente su questi sistemi dei clienti. Ciò elimina praticamente lo sviluppo dell'hardware, il che accelera notevolmente anche lo sviluppo del software e alla fine porta a un più veloce time to market. Nell'ulteriore corso del ciclo di vita del prodotto, è possibile creare tipologie di prestazioni anche attraverso la semplice sostituzione del modulo e, per una disponibilità estremamente a lungo termine, è possibile passare alla generazione successiva a un costo NRE minimo quando un processore viene interrotto. In definitiva, questo significa che il ROI può essere notevolmente esteso. Per questo motivo, i COM hanno anche assunto una posizione di leadership nel mercato delle schede e dei sistemi per computer embedded. Un'altra caratteristica interessante di SMARC è che questo standard supporta Arm e x86. Di conseguenza, i potenziali percorsi migratori si estendono ulteriormente. I moduli SMARC di Congatec possono essere attualmente scalati tramite 24 tipi di modulo (Tabella 1). Tuttavia, se le prestazioni del sistema sono sufficienti, sarà ancora possibile riordinarlo in applicazioni professionali per molto tempo a venire. Congatec specifica una disponibilità estesa di 15 anni per il nuovo modulo SMARC con processore NXP i.MX 8M Plus.
Che dire di Qseven?
Oltre a SMARC, Congatec offre moduli Qseven. La disponibilità del processore NXP i.MX 8M Plus su questo fattore di forma è prevista per la seconda metà del 2021. I due fattori di forma non differiscono significativamente. Tuttavia, in parole povere, SMARC è più rivolto alle applicazioni multimediali e Qseven è utilizzato maggiormente in applicazioni profondamente integrate.
Tabella 1: Tutti i moduli SMARC di Congatec |
Modulo SMARC |
ARM |
x86 |
conga-SMX8M-Plus
|
i.MX 8M Plus Quad i.MX 8M Plus Quad with NPU |
– |
conga-SMX8
|
NXP i.MX8 Quad Max NXP i.MX8 QuadPlus |
– |
conga-SMX8X
|
NXP i.MX8 QuadX-
Plus
NXP i.MX8 DualXPlus |
– |
conga-SMX8-Mini
|
NXP i.MX 8M Mini Quad (industrial) NXP i.MX 8M Mini Dual(industrial) NXP i.MX 8M Mini Solo(industrial) |
– |
conga-SA7
|
– |
Intel® Atom® x6425E Intel® Atom® x6413E Intel® Atom® x6211E Intel® Atom® x6212RE Intel® Atom® x6425RE Intel® Atom® x6414RE Intel® Pentium® J6425 Intel® Celeron® J6413 |
conga-SA5
|
– |
Intel® Atom™ x7-E3950 Intel® Atom™ x5-E3940 Intel® Atom™ x5-E3930 Intel® Celeron® N3350 Intel® Celeron® J3455 Intel® Pentium® N4200 |
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