主打“小而美”FPGA芯片如何拥抱AI和汽车电动化？

对消费电子产品的AI改造，成为当前整个行业面临的最大课题，包括苹果在内的多个科技巨头均抛出杀手锏，意图抢占消费电子市场新热点，AI手机、AI PC无疑是热点中的热点。

在近日举办的2024年上海国际嵌入式展上，全球第三大FPGA供应商Lattice带着AI领域的最新应用亮相。作为消费电子的上游，FPGA芯片如何在AI功能上玩出新花样？

21世纪经济报道记者注意到，此次莱迪思展示了AI、汽车、工业相关的产品，其中最受市场关注的还是和AI相关的内容，有一项便是在PC领域的落地。

现场演示人员向记者介绍，今年莱迪思推出的sensAI方案是基于去年的注意力感知开发套装衍生的注视菜单新功能，可以通过操作者的眼神注视来进行电脑菜单的选择；另一个是脸部识别功能，可用于计算机自动解锁和安全保护。

莱迪思亚太地区应用工程高级总监谢征帆在接受21世纪经济报道记者采访时表示，“把AI识别功能引入到低功耗的FPGA，主要是减少对高功耗的GPU的调用。当下网络结构越来越复杂，用FPGA方案先去做AI的前端处理，从资源调用上说更为经济。”

在GPU算力资源极其紧缺的情况下，FPGA低功耗的功能特性或可给业界突破算力瓶颈带来一些新的启发。

AI功能升级

莱迪思去年参加嵌入式展时，展示了第一代SensAI方案，可在低功耗FPGA上实现前沿的神经网络算法，具备边缘AI计算能力，支持Intel最新的MTL平台，实现3D人脸识别、屏幕光自动调节、自动熄屏、人脸解锁等功能。

今年推出的SensAI方案在此基础上做了升级，堪称2.0版本，在实现人脸识别的功能之外，可实现注意力追踪。

严格来说，这一功能并不是最新的。例如苹果此前发布的Vision Pro，可以无需借助控制器，只需要动动眼睛，APP图标会在你看他们时微微显现，捏合手指就能进行选择。

不过，与Vision Pro依靠硬件来实现注视跟随不同，莱迪思的SensAI方案提供的是纯软件功能。“两台演示电脑都有莱迪思的FPGA芯片，主要进行数据预处理，加入了一些AI功能，开发了注意力感知软件，通过观察瞳孔的方向来帮助实现控制。”谢征帆说。

他坦言，“注意力感知功能对环境等有一定要求，比如高光或者杂乱背景可能会产生干扰，我们还在做持续改进。现在也在探索其他应用场景，比如AR眼镜，戴上后脸部不会有杂光或背景干扰，就有非常高的精确度和控制，提供较好的应用性。”

为什么要通过软件功能来实现？这就不得不提FPGA低功耗的特性。莱迪思方面介绍，“通常CPU算力功耗在几瓦或十几瓦，利用FPGA器件的消耗是百毫瓦，这是数量级的差别。”

除了AI功能升级，莱迪思也在拓展AI功能在更多垂直领域的落地。其在现场还演示了农业智能机器案例，即AI在农业领域的应用。

所谓的农业智能机器，就是色选机方案，完成对花椒的筛选。“当落下来一批固体时，这个机器先要把和花椒形状一致的东西挑选出来，下面的喷嘴进一步识别，如果发现不是花椒，喷嘴就会提供气流把东西吹掉。”谢征帆介绍说，“传统色选机精度较低，很多客户开始采用AI方案来实现。AI会对花椒的物体形状进行标注，然后放到神经网络里训练，训练之后把参数放到机器中，就可以实现筛选功能。美国也有类似的方案，比如农业除草机，下面有传感器来判断是杂草还是作物，如果是杂草，就通过激光除掉。”

自去年AI大热以来，一众FPGA厂商就在加速AI领域的布局。早在2021年，莱迪思就收购了一家AI软件公司Mirametrix。2023年，莱迪思在AI方面的收入已经超过了1亿美元，这包括在人工智能服务器端、直接提供的人工智能功能和其他相关的业务收入。

推动汽车电动化

在莱迪思的展台分布来看，其对汽车应用也着了诸多笔墨，从中可管窥当下汽车电动化的趋势。

值得注意的是，连续两年，莱迪思都展出了一种名为Camera Monitor System的方案，即摄像头监控方案。从应用上来看，其主要是应用在汽车反光镜。

在汽车结构中，物理光学反光镜会有很大的限制，例如在雨天会受到雨水影响，或潮湿天气下车窗起雾，从而影响驾驶安全。当下越来越多的车厂考虑用摄像头来替代物理的光学反光镜，这就是CMS系统。

当下汽车电动化如火如荼，对传统光学器件的替代，已经有不少厂商涉足，作为一家FPGA厂商，莱迪思有何优势？

谢征帆表示，“从硬件结构上说，汽车设计中对功耗和尺寸有比较强的需求。汽车中尺寸多样，有些镜头集中在两端，尺寸空间非常小，对芯片的尺寸要求也会非常高。另外芯片做小之后就要面临散热问题。莱迪思一直在追求小尺寸和低功耗方案，这是我们的优势。”

他介绍，由于汽车对安全性要求非常高，莱迪思还会帮助客户通过功能安全的认证，其CMS方案已经与中国主要的头部汽车Tier 1厂商建立了合作，短期内就可以看到莱迪思方案的实际落地。

当然，CMS设计也面临着一定挑战。谢征帆表示，“由于光学成像和摄像成像之间存在一定的差异，特别是摄像头帧数、延时的影响，尤其是红绿灯本身也是LED，二者频率如果没有匹配上，通过摄像头观察红绿灯就会出现滚动的现象。另外在夜晚驾驶时，如何应对强光照射、昏暗环境，都需要通过系统设计中的ISP模块来解决。”

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