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边缘人工智能需求激增,创新存储方案受青睐

时间:2021-07-30 作者:邵乐峰 阅读:
华邦电子日前携手瑞萨,正式确认华邦HyperRAM和SpiStack (NOR+NAND) 产品能够与瑞萨基于Arm内核的RZ/A2M微处理器 (MPU) 搭配使用。
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瑞萨RZ/A2M微处理器具备两个以太网通道,并且能够通过加密硬件加速器提升安全性能,适用于人机界面(HMI),尤其是带有摄像头的HMI应用。此外,还支持广泛应用于移动设备的移动产业处理器接口(MIPI),并配备了用于高速图像处理的动态可配置处理器(DRP)。 

在瑞萨RZ/A2M中,华邦HyperRAM可作为工作内存使用,在保证电子电路足够小的同时可提供高存储和数据带宽,以支持图像识别等计算密集型工作负载;华邦SpiStack 中的NOR芯片用于存储RZ/A2M的启动代码和应用程序代码,NAND芯片可存储嵌入式AI学习数据和相机图像等多个大型数据。

  • HyperRAM

HyperRAM在华邦GP-Boost DRAM产品线中的定位是“超低功耗(Ultra Low Power, ULP)”,其运行的最大频率为200MHz,可在3.3V或1.8V的工作电压下提供400MB/s的最大数据传输速率。HyperRAM在运行与混合睡眠模式下,均可提供超低功耗。以华邦的64Mb HyperRAM为例,在室温下,1.8V待机功耗为70uW。值得一提的是,HyperRAM在1.8V混合睡眠模式下的功耗只有35uW。

此外,HyperRAM 只有13个信号引脚,相比早期SDRAM或是Pseudo SRAM大于50个的引脚数(pin count),大大简化了PCB设计。当设计师设计成品时,MPU上的更多引脚可用于其他目的,设计师也可使用更少引脚的MPU 以获得更高经济效益。

华邦电子DRAM产品营销部经理曾一峻表示,目前采用HyperRAM产品的应用市场主要来自4G功能手机、智能手表、LTE物联网模块、人工智能物联网设备,从今年年底到明年初,包括智能音箱、智能家居、家用摄像头、智能门铃、智能门锁、工业用人机界面,甚至汽车仪表在内的多个市场,都会陆续导入HyperRAM设计。

支持HyperBus接口的HyperRAM是能满足市场需求的最新技术解决方案。HyperBus 技术最早由Cypress于2014年首次发布,并于2015年推出其首款HyperRAM产品。考虑到市场发展需要,华邦电子决定加入HyperRAM阵营,并推出 32Mb/64Mb/128Mb/256Mb容量的产品,进一步扩展其产品组合,以应对多样化的应用需求,使生态系统更趋完整。

“音频/视频等MCU设备中的人工智能需求激增,是促使瑞萨等企业选用HyperRAM产品的主要原因。”曾一峻说,很多人都误认为AI模型的规模会很大,但事实并非如此。以谷歌最为有名的TensorFlow Lite for Micro Controllers为例,通过将AI神经模型引擎的Weight size压低,或是做一些优化升级,MobileNetV2-YOLOv3-Nano/Yolo-Fastest/Yolo-Fastest-XL的Weight size分别只有3.0MB/1.3MB/3.5MB的规模。这意味着,64Mb HyperRAM不只可以用来存储RTOS,还可以储存一些低解析度的图像数据,再加上AI模型,尽管还不能实现实时图像识别,但完全可以在智能表计上实现“轻智能”。

根据规划,研发中的HyperRAM2.0/2.0e规格将上升至200MHz/X8/24BGA,HyperRAM 2.0 Plus的速度会更高,并会在适当时候推出HyperRAM 3.0产品。

曾一峻指出,尽管HyperRAM是近两三年才出来的新产品形态,但华邦正在积极与MCU和系统厂商进行合作,努力扩大HyperRAM的生态系统。例如,在国内外,华邦通过举行定期研讨会,workshop,制作DEMO样板/套件,与客户一起进行联合发布等形式,帮助其尽快熟悉并掌握HyperRAM的使用。

  • SpiStack

华邦电子闪存产品营销部经理黄信伟说,客户永远都会期待闪存产品拥有以下三个优点:PCB占地小、成本低、组合多样化,而华邦SpiStack的三大优点,硬件兼容、成本优势、优良质量,恰好能够满足上述需求。

SpiStack将NOR芯片和NAND芯片堆叠到一个封装中,例如64Mb Serial NOR和1Gb QspiNAND芯片堆叠,使设计人员可以灵活地将代码存储在NOR芯片中,并将数据存储在NAND芯片。此外,虽然是两个芯片 (NOR+NAND) 的堆栈,但单一封装的SpiStack,在使用上仅需6个信号引脚。与传统的SDRAM和并行NOR/NAND相比,华邦HyperRAM和SpiStack的封装尺寸和终端数量都减少了80%左右。   

黄信伟表示,友商也有类似做法,但主要采用通过硬件的实体脚位去做切换,从而导致无法保持8脚位数的标准封装。而SpiStack通过简单的软件芯片选择命令 (C2h) 和指定的芯片ID实现切换工作芯片。其最高时钟频率可达104MHz,在Quad-SPI下,等同于416MHz。此外,SpiStack(NOR+NAND)支持并发操作(concurrent operation),当某颗芯片在执行写入/擦除时,另一颗芯片可以同时进行写入/擦除/读取,反之亦然。

  • 瑞萨RZ/A2M

根据瑞萨电子公司中国企业基础设施事业部经理Anson叶的介绍,与其他品牌MPU不同,RZ/A2M配置了瑞萨独有的动态可配置处理器(Dynamically Reconfigurable Processor, DRP)硬件加速内核,主要用于图像预处理,速度比一般的CPU快大约10倍。由于DRP是瑞萨独有的自研加速核,所以瑞萨会免费向客户提供标准的DRP库,免去了自己开发库所需的时间。

DRP可以看成一个可动态配置的FPGA,它可以配置不同的内容,其主要优势是在减少硬件空间和降低功耗的基础上,仍能保证很高的运算能力。例如在动态配置时,DRP可在1ns内完成对运算逻辑电路的配置,运行“动态加载”功能时,可在大约1ms内完成算法库的切换。

我们可以从以下三方面加以解读:

第一是高速。举例来说,一个苹果从摄像头进入系统之后,可能会经过三个不同的算法——降噪、边沿检测和后处理来进行编译。如果单纯用一颗普通的ARM Cortex-A9 528MHz CPU来运行上述3个算法,大概需要142ms。但如果利用DRP只需要10.4ms,比CPU快13倍。

第二个是低功耗。如果采用更快的CPU/GPU,的确可以获得与DRP相同甚至更快的处理速度,但问题问题在于功耗是传统CPU的10-20倍。而DRP的工作频率只有66MHz,总体功耗非常低。与ARM Cortex-A9 528MHz MCU相比,DRP功耗仅为其1/20,兼具高速与低能耗特性于一身。

第三,与其他硬件逻辑不同,DRP可以提高用户的设计自由度。因为DRP其实是在不同的时间点上配置不同的功能,所以,PCB占板面积没有发生太大变化,但却可以通过不同的库实现不同的功能。

此外,RZ/A2M搭载IMR渲染引擎和MIPI Camera接口,这也是目前移动设备中最通用的接口。客户可以据此很容易地获得更通用,性能高,价格低,供货有保证的摄像头,来搭配瑞萨提供的整体解决方案。

最后,尽管RZ/A2M内部配有4MB SRAM,可用于HMI(人机交互界面),或是简单的控制应用。但这一内存容量在面向现在嵌入式AI系统时,往往会显得“捉襟见肘”,所以他们往往还需要外接内存,这也是瑞萨选择华邦的重要原因。

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邵乐峰
ASPENCORE 中国区首席分析师。
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