ハードウェア統合例

コンピュータベースのビジョンは、先進運転支援システム (ADAS)や医療画像、精密農法、小売り、広告、メディア、セキュリティーと監視、無人航空機(UAV)、ロボティクスなど多様なアプリケーションに変革をもたらす可能性のある急成長市場です。新しいAIベースのアプリケーションにおけるコンピュータビジョンシステムへの需要の高まりは、こうした急成長の大きな要因となっています。現在、AIはコンピュータビジョン市場において47% 以上という驚異的な複合年間成長率(CAGR)を達成すると見込まれていますが、マシンビジョン市場全体としては、『わずか』8.5%i ほどのCAGRが予想されています。Researchstore.bizii によると、この高成長の背景となっている最大の要因は、品質管理や自動化に対する需要の増加や、視覚制御ロボットシステムの発展、マシンビジョン向け3Dシステム採用の増加、および自動画像取得に加え、特定の分析や処理機能が求められるアプリケーション単位の画像処理システムに対する需要の増大が挙げられます。

 


 

エッジ・コンピューティングにおけるハードウェアを統合するメリット

エッジ vs. クラウド・コンピューティング

エッジ

  • 低アップリンクスピード
  • スケーラブルなパフォーマンスのCPU群
  • 低遅延のAI推論(ローカル処理)
  • 低コストの処理
  • ローカル操作(ネットワーク接続なし)

クラウド

  • インフラに応じた高速アップリング
  • CPU 速度に対する要求はエッジより低い
  • AI 推論の遅延はアップリンクに依存
  • ネットワーク接続が必須

 

ロボティクス対応AIビジョンプラットフォーム


コンピューターベースのビジョンは、ロボティクスシステムにおいてますます重要となっています。しかし、どのようにしてハードリアルタイムアプリケーションとタイムセンシティブネットワーク(TSN)を、ビジョンシステムや人工知能(AI)と融合させれば良いでしょうか?

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ハードウェア統合とは ?

Traditional

Consolidated


 

ハードウェア統合がなぜ必要か?

 

コスト
単一のマルチコア・システムにより、投資と保守費用の低減が可能

 

 

信頼性
ケーブル数の削減、複雑なハードウエアシステムを簡略化

 

 

メンテナンス
複数の専用ボックスを​​​​​​​​​​​​単一のシステムに置換え簡易化、

 

 

セキュリティ
統合型ファイアウォールにより侵入不可

 

 

高い拡張性
全てのアプリケーション/ OS を、単一システムへ搭載が可能

 


 

遅延時間

AI 分析では迅速なローカル応答が不可欠

クラウド:

 

  • クラウドに (大容量の) データを送信 (低速)
  • クラウドで AI アルゴリズムを実行 (高速)
  • ステップごとに、遅延時間が追加
  • リアルタイム処理なし
  • 処理済みデータ/結果をエッジに送信 (速度はデータ容量に依存)

エッジ:

 

  • AI アルゴリズムをローカルで高速実行
  • 産業用モータ制御にも対応可能な超高速リアルタイム応答を実現

 

リアルタイム制御、ビジョン/AI、エッジ OS によるワークロード統合


 

リアルタイムロボット用、組込みビジョン・コンピューティング:

Congatecによりデザインされた デモシステムは、Intel® 、 Real-Time Systems (RTS) 両社の協力により、ディープラーニングをベースとする AI アルゴリズムによる状況認識など、マルチタスクの同時並行処理を必要とする次世代のビジョンベース協調型ロボット、自動制御、自律走行車を対象とするものです。
これらに対応するプラットフォームとして、Intel® Xeon® E2プロセッサ を搭載した COM Express Type 6 モジュールをベースに、RTS社の Real-TIme Hypervisor により分離された3 つのCPUパーティション環境にワークロードを統合します。
最初のCPUパーティションでは Basler 社製ビジョンカメラを操作して、Intel® OpenVino® ソフトウェアにより、Linux上で視覚ベースの物体認識を行い、Refexces 社製 Intel® Arria® 10 FPGA カードにおいて AI アルゴリズムを実行します。次のCPUパーティションにはゲートウェイを立ち上げ、安全な IoT 接続を確保します。最後のCPUパーティションでは、リアルタイム Linux を実行し、倒立振子システムのバランスをリアルタイムで制御します。 デモシステムにおいて、倒立振子のバランスを崩す試みを行っても、システムが瞬時に反応し、リアルタイムで倒立振子のバランスを維持します。
 


 

ワークロード統合要件

既存のアプリケーションに追加される最新テクノロジー

既存アプリケーションの多くは、現在利用可能な最新テクノロジーを有効活用します

 

ビジョン
 

アプリケーション、セキュリティ、安全上の理由でカメラを接続

ビジョンアプリケーションを搭載した専用 OS を追加して、仮想イーサネットを経由してメインアプリケーションに容易に接続

AI

多くのアプリケーションソフトウェアパッケージが容易に入手可能 (Intel社製 OpenVino®)。
    アプリケーションデータやビジョンアプリケーションに接続
► ハイパーバイザによるアプリケーション実行環境の分離

 

IoT

► 
ネットワーク接続には、常に高いデータセキュリティが要求され、コンパクトで堅牢な専用 OS により、セキュリティ要求に対応可能。
     ハイパーバイザを用いて構築された「ゲートキーパー」により、物理イーサネットを制御して、他のCPUパーティションとは内部的に接続
► あらゆる種類の接続方法を適用可能

 


 

Real-Time Hypervisor

複数のオペレーティングシステムを起動
 

  • CPUコア (グループ構成含む) に分離したパーティションごとにOSを分離

x86 CPU をすべてサポート

  • Intel VT-x, AMD-V VIA VT 仮想化支援機能を利用
  • マルチコア(HT含む)プロセッサが対象
     

遅延時間は 0 μsec

  • RTOSは仮想化機能を介さず CPU コアに直接アクセス

OS間通信

  • 仮想ネットワーク
  • 共有メモリ
  • イベントシステム

パーティションに対するリソース割当て

  • DRAM、デバイス、各種インターフェースなどの物理リソースは、一つの OS のみに割当て
  • 物理リソースが割当てられた以外の OSから は、物理リソースのアクセスは不可
  • ディスクコントローラなど一部の物理リソースは、複数OSより仮想化機能により共有可能

 

無限の可能性

マルチコアはワークロード統合に適応:

 

  • コスト、サイズ、消費電力を削減するために、リアルタイムアプリケーションは、単一または複数の CPU コア上で並列実行される Windows や Linux などの GPOS のメリットを有効活用可能
  • ゲートウェイをボード上で直接実行することで、各コントローラが「エッジデバイス」の役割を担当可能
  • リアルタイムアプリケーションが、ハードリアルタイム制御環境として、ハイパーバイザ上で実行される場合、多種、多様なゲストオペレーティングシステムを組み合わせて、ビルディングブロックアプローチで構築できます