会社ブログについて LIFCL-40-8BG400I Lattice CrossLink-NX 組み込みビジョンブリッジング＆プロセッシングFPGA

Shenzhen Mingjiada Electronics Co., Ltd. は、LIFCL-40-8BG400I Lattice CrossLink-NX 組み込みビジョン ブリッジングおよび処理 FPGA を供給およびリサイクルしています。

CrossLink-NX シリーズのフラッグシップ組み込みビジョン専用 FPGA として、LIFCL-40-8BG400Iは、成熟した信頼性の高い Lattice Nexus™ 独自の FPGA プラットフォーム アーキテクチャに基づいて構築されており、組み込みビジョン ブリッジングとリアルタイム エッジ ビジョン処理の 2 つのコア セクターを正確にターゲットにしています。 28nm FD-SOI の高度な製造プロセス、配線された高速ビジョン トランシーバ チャネル、高い計算密度のロジック リソース、超低消費電力、および産業グレードの高信頼性設計を備えたこの製品は、ミッドレンジの組み込みビジョン機器の量産、機能アップグレード、およびローカリゼーションのための中核となるプログラマブル ハードウェア コンポーネントとなっています。

I. コアの位置付けと基本的なハードウェア アーキテクチャLIFCL-40-8BG400Iデバイス

LIFCL-40-8BG400I は、CrossLink-NX シリーズ内のミッドレンジ コンピューティング FPGA モデルで、特に産業グレードの組み込みビジョン シナリオ向けに調整されています。そのコアの位置付けは、「大きくて包括的」という従来の FPGA 設計哲学から逸脱し、代わりに「シームレスなビジョン プロトコル ブリッジング + リアルタイム画像前処理 + 軽量エッジ AI 推論」という 3 イン 1 のコア機能に焦点を当てています。ハイエンドのコンピューティング リソースの冗長なスタックを回避し、電力制約、コンパクトなスペース、複雑な動作条件、高いリアルタイム要件など、組み込み端末のコア アプリケーションの問題点に正確に対処します。デバイス接尾辞のコア識別子には明確なエンジニアリング定義があります。8BG400I は、工業グレードの動作温度範囲、高密度 BGA パッケージング アーキテクチャ、および最適化された I/O 構成に対応します。極端な温度変動、複雑な電磁干渉、長期にわたる中断のない動作を特徴とする産業環境の過酷な動作条件に完全に適応しています。業務用モデルと異なり、環境適応性と動作安定性に優れています。

の基礎となるアーキテクチャLIFCL-40-8BG400Iこのデバイスは、ラティス独自の Nexus™ FPGA 最適化プラットフォーム上に構築されており、業界をリードする 28nm FD-SOI (完全空乏型シリコン オン インシュレータ) 製造プロセスを利用しています。同じクラスの従来のバルク シリコン プロセス FPGA と比較して、その核となる利点は特に際立っています。一方で、チップのソフトエラー率を大幅に低減し、シングルイベントアップセットに対する耐性を大幅に強化し、産業用制御、車載自動運転支援、セキュリティ監視などのシナリオにおける長期安定動作の信頼性要件を満たします。一方、プログラマブル逆バイアス技術により、単一デバイス内で消費電力とパフォーマンスを正確に動的に最適化し、必要に応じて視覚処理能力とシステム全体の消費電力のバランスをとることができます。実際のテストでは、このシステムの動作消費電力は、同等の競合他社の FPGA よりも最大 75% 低く、バッテリ駆動のポータブル ビジュアル デバイスや低電力組み込みエッジ端末の電源管理要件に完全に適合します。さらに、このアーキテクチャには、メモリ対ロジック ユニットの比率が高い設計が組み込まれており、各ロジック ユニットは最大 170 メモリ ビットを備えており、これは同じ仕様の汎用 FPGA の構成をはるかに上回っています。これにより、高精細画像キャッシュ、ビジュアル データ フレーム ストレージ、AI 推論重みキャッシュのための十分なオンチップ ストレージ サポートが提供され、外部の大容量メモリ チップを頻繁に使用する必要がなくなり、複雑なハードウェア PCB レイアウトが簡素化されます。

II.LIFCL-40-8BG400Iコアハードウェアリソースと主要なパフォーマンスパラメータ

LIFCL-40-8BG400I は、組み込みビジョン処理ワークフロー全体の計算需要を満たすために、正確に調整されたロジック処理、デジタル信号処理、ストレージ、およびインターフェイスのハードウェア リソースで構成されています。冗長または無駄なリソースがないため、コスト管理と必須のパフォーマンス要件のバランスが取れ、大量生産においてコストパフォーマンスが大幅に向上します。コアロジックのコンピューティング能力の点で、このデバイスには、画像トリミング、色空間変換、ノイズリダクション、画像閾値セグメンテーション、エッジ検出などの基本的なビジョン前処理アルゴリズムを効率的に実行できる、コスト効率の高いロジックユニットが 39,000 個組み込まれています。また、複数のビジョン データ ストリームの並列同期処理もサポートしており、同期マルチカメラ取得およびリアルタイム マルチチャネル ビデオ エンコードおよびデコードの基本的なコンピューティング要件を満たします。これには、畳み込み、行列演算、浮動小数点データ変換などのコア AI 推論演算を高速化するために特別に設計された 56 セットの 18×18 ビット高性能ハードウェア乗算器 DSP モジュールが統合されています。これらは汎用ロジック ユニットのリソースを占有しないため、エッジでの軽量 AI モデル (軽量 CNN、物体検出、画像分類など) の推論速度が大幅に向上し、低遅延のローカル エッジ コンピューティングが可能になります。

ブート構成と操作応答パフォーマンスの観点から、LIFCL-40-8BG400Iラティス独自のインスタント・パワーオン・コンフィギュレーション・テクノロジーが組み込まれています。 IO ポートの設定はわずか 3 ミリ秒で完了し、デバイス全体の全機能の起動はわずか 8 ミリ秒で完了します。電源投入時の応答時間が 1 秒未満で、長い初期化待機が不要なため、起動時に即時の動作が必要な車載用ビジョン システムや、電源投入時の迅速なリセットと再起動が必要な産業用機器など、起動遅延に敏感なアプリケーションに最適です。メモリ構成の点では、このデバイスは大容量分散メモリと専用キャッシュ リソースをオンチップに統合しており、外部 DDR キャッシュを必要とせずに、720p や 1080p などの主流解像度でのビデオ フレームのリアルタイム バッファリングと処理が可能です。高解像度のビジョン処理要件が生じた場合、DDR3 などの外部ストレージは外部メモリ インターフェイスを介して簡単に拡張できるため、ハードウェア拡張において優れた柔軟性が得られます。このデバイスは、ビジョン アプリケーション向けに特に最適化されたピン レイアウトを備えた 400 ボール高密度 BGA パッケージを利用しています。明確に定義された I/O ゾーンと優れた信号整合性を特徴としており、コンパクトな PCB レイアウトと高速信号伝送の安定性のバランスをとり、組み込みデバイスのコンパクトな構造設計要件を満たします。

Ⅲ．LIFCL-40-8BG400I高速ハードコアインターフェイスとビジョンブリッジ機能

エンベデッド ビジョン ブリッジング専用の FPGA コアとして、高速の標準化されたビジョン インターフェイス ハード コアの統合は、LIFCL-40-8BG400I の最も重要な差別化利点を表します。開発者はインターフェイス回路を構築するために追加のロジック リソースを利用する必要はありません。このデバイスには、主流のカメラ、ディスプレイ パネル、ビジョン コントローラー チップの高速通信プロトコルをネイティブにサポートする専用の配線された高速トランシーバーが組み込まれています。これにより、プロトコル ブリッジング開発の複雑さとそれに関連するコーディング ワークロードが大幅に軽減され、製品開発サイクルが短縮されます。このデバイスには、強化された 4 チャネル MIPI D-PHY 高速トランシーバが 2 つ組み込まれており、各 PHY チャネルは最大 10 Gbps のデータ レートが可能です。結合された帯域幅は、4K UHD 高解像度ビデオ データ ストリームのリアルタイムの送信、受信、転送を完全にサポートします。携帯電話カメラ、産業用高解像度カメラ、車載サラウンドビュー カメラなどの主流の MIPI インターフェイス ビジュアル キャプチャ デバイスをネイティブにサポートし、複数の MIPI ビデオ データ ストリームの集約、分割、プロトコル変換、信号リレー ブリッジングを可能にします。

コアとなる高速 MIPI インターフェイスに加えて、LIFCL-40-8BG400Iには、最大 37 セットのプログラム可能なソース同期差動 I/O ペアが装備されており、LVDS、SLVS、subLVDS、OpenLDI、および産業用ビジョンで一般的に使用されるその他の低速から中速度の差動ビデオ インターフェイスをサポートするように柔軟に構成できます。従来の産業用カメラ、産業用ディスプレイ スクリーン、レガシー ビジョン キャプチャ モジュールと互換性があり、新旧のビジョン機器間のプロトコルの相互運用性を確保します。また、SGMII、RGMII、PCIe、USB 3.0、I²C、SPI、UART などの汎用産業用通信インターフェイスも統合されており、ホスト MCU、産業用イーサネット、ホスト コンピューター、外部ストレージ、センサー モジュールとのシームレスなデータ交換が容易になります。これにより、「ビジョン取得 – ブリッジングと変換 – リアルタイム処理 – データアップロード」を含む、完全なエンドツーエンドの組み込みビジョン システムの構築が可能になります。シームレスなマルチプロトコル ブリッジング機能により、このデバイスは純粋なプロトコル ブリッジング チップとして機能し、従来の専用ブリッジング ASIC に代わると同時に、将来のビジョン処理コンピューティング能力の拡張にも対応できます。これにより、単一チップで多機能が実現され、ハードウェアチップの選択が簡素化され、システム全体の回路設計の複雑さが軽減されます。

IV.主要な競争優位性と産業グレードの信頼性保証LIFCL-40-8BG400I

競合する FPGA ソリューションや従来の専用ブリッジ チップと比較して、LIFCL-40-8BG400I は、特定の組み込みビジョン アプリケーションにおいて、かけがえのない 4 つの主要な利点を提供します。まず、優れた低電力適応性を提供します。 28nm FD-SOI プロセスは、ダイナミック電源管理テクノロジと組み合わされて、標準ビジョンの前処理動作中の消費電力を 100 ミリワット レベルに保ちます。これは、同等のコンピューティング能力を持つ汎用 FPGA よりも大幅に低くなります。これにより、バッテリ駆動のポータブル ビジョン デバイスや、長期間の低電力動作が必要な無人エッジ ビジョン端末に最適です。第二に、高い信頼性と産業グレードの干渉耐性を提供します。接尾辞「I」は工業グレードの仕様を示し、幅広い温度範囲での動作をサポートします。電磁干渉、極端な温度変動、産業環境における長期連続運転の過酷な条件に耐えます。ソフト エラー率が大幅に低減されたこのデバイスの動作安定性は、標準の商用グレード FPGA の安定性をはるかに上回っており、その結果、オンサイト機器の故障率とその後のメンテナンス コストが削減されます。

第三に、開発が容易になり、効率的な量産が可能になります。 Lattice の Radiant™ 専用 FPGA 開発ソフトウェアと完全な互換性があり、エンベデッド ビジョン ブリッジング、画像前処理、エッジ AI 推論用の豊富な公式リファレンス デザインと IP コアが付属しています。開発者は、低レベルでプロトコル ロジックを最初から構築する必要はありません。代わりに、成熟した IP を直接利用して、機能構成とアルゴリズムの展開を迅速に完了できるため、製品のプロトタイピングから量産までのサイクルが大幅に短縮されます。 4 番目に、制御可能なコストで優れたコストパフォーマンスを提供します。デバイス リソースの割り当ては、コア ビジョン シナリオに正確に焦点を当て、冗長なハイエンド コンピューティング リソースの無駄を排除します。チップ調達コストが低く、ハードウェア周辺回路設計が簡素化されているため、全体的な BOM コストは管理可能なままです。プログラマビリティの柔軟性と ASIC 大量生産の低コストの利点が組み合わされており、大規模な産業展開に適しています。

5. 適応LIFCL-40-8BG400I主流のエンベデッド ビジョン アプリケーション シナリオへ

強力なブリッジ機能、低消費電力、高信頼性、コンパクトなサイズ、適度なコンピューティング能力などの包括的な機能を活用して、LIFCL-40-8BG400Iさまざまなミッドレンジの組み込みビジョン アプリケーション シナリオに幅広く適応し、実際の実装において優れた適応性を示します。産業用マシンビジョンの分野では、産業用カメラからマルチチャンネルビデオデータを取得するためのコアブリッジとして機能し、複数の産業用カメラのMIPI/LVDSプロトコル変換、リアルタイムの画像データ前処理、欠陥検出のための軽量AI推論を可能にします。これにより、産業用生産ラインの外観検査装置、材料選別装置、装置状態監視装置の小型化・低消費電力化が容易になります。インテリジェントな車載ビジョンの分野では、サラウンドビュー カメラ、ドライブレコーダー、車室内監視システムなどのデバイスをサポートし、マルチチャンネル高解像度ビデオのブリッジングと転送、画像のノイズ除去と前処理、ドライバー支援のための軽量ターゲット認識を処理します。極端な温度での動作、高い信頼性、短い起動遅延など、車載機器の厳しい要件を満たしています。

スマートセキュリティおよびエッジビジョン端末の分野では、LIFCL-40-8BG400I家庭用スマートカメラや小規模セキュリティ監視端末、人型認識エッジゲートウェイなどに利用可能です。エッジAI推論によるビデオデータの取得とエンコード、局所的な人体形状検出、動き検出、異常行動認識を可能にします。クラウド コンピューティング能力を必要とせず、視覚的な処理と意思決定がローカルで完了するため、ネットワーク伝送の圧力とデータ セキュリティのリスクが軽減されます。ポータブル組み込み AI ビジョン デバイスの分野では、ポータブル視覚検査機器、ハンドヘルド産業用バーコード スキャンおよび温度測定端末、インタラクティブな教育用ビジョン デバイスなどのバッテリ駆動の機器に適しています。超低消費電力のおかげで、デバイスのバッテリ寿命を延長しながら、ビジュアル データ ブリッジングとリアルタイム処理を同時に処理し、携帯性と実用的な機能のバランスをとります。