PublicatioЖурнал "Системы Безопасности" № 2‘2018

Т рансформация технологии созда- ния устройств захвата и обработки изображений на базе вычислитель- ных платформ поставила в равные условия и крупные компании, и новых разработчиков, для которых в одина- ковой мере доступными оказались самые современные технологии захвата изображений и вычислитель- ные платформы Мы предлагаем обзор основных экосистем от известных нам производителей, который ни в коей мере не претендует на охват всех имею- щихся предложений, но имеет своей целью описать главные, на наш взгляд, направления развития технологий, их особенности, пре- имущества и недостатки: l ARM; l X86; l FPGA l GPU. Все упомянутые платформы объединяет гиб- ридная, иногда называемая гетерогенной архитектура – когда в одном устройстве совмещаются универсальные (CPU) и специа- лизированные решения (GPU, ISP, VSP, DSP, FPGA). Процессоры ARM Пожалуй, самым ярким представителем гиб- ридного (гетерогенного) подхода является семейство процессоров Qualcomm® Snapdra- gon™ – основа большинства современных смартфонов. Решаемые задачи В одном кристалле совмещены несколько функциональных блоков, по сути, отдельных процессоров для решения специализирован- ных задач: l 8-ядерный ARM процессор Kryo™ 385 (4 высокопроизводительных ядра и 4 мало- потребляющих); l интерфейс ОЗУ LPDDR4x 1886 МГц; l графический ускоритель GPU Adreno™ 630; l обработка изображений(ISP)/интерфейс камеры Spectra™ 280; l векторный процессор Hexagon™ 685 DSP; l аппаратный энкодер/декодер H.265 2160p60 10 разрядов, 720p 480; l интегрированный LTE-модем и Wi-Fi; l модуль обеспечения безопасности. На рис. 3 приведены основные параметры последнего поколения Snapdragon 845, пред- ставленного публике в декабре 2017 г. и пока доступного только для производителей премь- ерной лиги смартфонов. Смена поколений Для "рядовых" разработчиков партнерами Qualcomm в виде SoM (система на модуле) предлагается очень достойный предшествен- ник – Snapdragon 620 c теми же основными функциональными блоками чуть меньшей производительности по цене 200–250 долла- ров за модуль. Не нужно быть предсказате- лем, чтобы утверждать, что текущее "новое" поколение через пару лет также появится в виде SoM на открытом рынке. Необходимо отметить, и это справедливо для всех модулей SoM, что для того чтобы подключить к модулю физические устройства, требуется несущая плата (Carrier Board), которая подбирается (или разрабатывается) под требования кон- кретной задачи или системы в зависимости от необходимости наличия тех или иных физиче- ских интерфейсов. Стоимость такой платы для этого и других SoM обычно составляет поряд- ка 100–200 долларов за штуку. Начать разра- ботку на основе Qualcomm® Snapdragon™ удобно на базе набора для прототипирования (Developers Kit), включающего в себя собст- венно SoM и универсальную плату-носитель по цене 500–600 долларов за комплект. Программные инструменты Как бы хороша ни была аппаратная платфор- ма, воспользоваться ей в полной мере можно только при наличии достойной программной поддержки. Производители оборудования это прекрасно понимают и создают целую экоси- стему, включающую в себя набор программ- ных библиотек и инструментов для решения широкого круга задач. Помимо стандартных средств разработки прикладного программно- го обеспечения (компилятора и профайлера) для обработки изображений и видео, включая элементы искусственного интеллекта, Qual- comm предлагает: l Adreno GPU SDK; l FastCV Computer Vison SDK; l Hexagon DSP SDK; l MachineVision SDK; l Snapdragon Math Libraries; l Snapdragon Neural Processing Engine for AI. Библиотеки оптимизированы для использо- вания преимущества гетерогенной архитекту- ры Qualcomm® Snapdragon™ и позволяют значительно повысить эффективность выпол- нения задач обработки изображений при снижении потребляемой мощности, что является весьма значимым фактором для мобильных приложений. Процессоры X86 Ввиду фактического доминирования в инду- стрии смартфонов ARM-архитектура значи- тельно потеснила традиционные процессоры x86. Но Intel и другие производители x86 тоже не сидят без дела. Повышение производительности На рынке появляются устройства на процес- сорах нового поколения. Если говорить о мобильных и компактных решениях, то это прежде всего поколение X-процессоров Atom. Помимо увеличения обычной мощно- сти при снижении потребления, они осна- щаются гораздо более производительными графическими акселераторами. Куда сегодня без них? Стандартным дополнением для восьмого поколения главной линейки Core i5/i7 стало аппаратное кодирование H.265. Генеральный директор Intel Брайн Кржанич (Brian Krzanich, CEO) в 2017 г. заявил, что компания намерена в 100 раз увеличить про- изводительность в области искусственного интеллекта к 2020 г. И это касается не только серверных платформ. С 2015 г. Intel потрати- ла не менее 20 млрд долларов на поглоще- ние компаний, разрабатывающих технологии в области встраиваемых систем, обработки изображений и искусственного интеллекта. Вот лишь неполный список приобретений: l Altera (2015 г.) – один из ведущих мировых производителей FPGA; l Itseez (2016 г.) – российская компания, один из главных игроков в мире OpenCV, инициатор создания OpenVX – нового стан- дарта для оптимизации выполнения алго- ритмов машинного зрения на мобильных и встраиваемых платформах; l Movidius (2016 г.) – разработчик линейки VPU (Video Processing Unit) Myriad – аппа- ратного акселератора популярных моделей нейронных сетей Caffe и Tensorflow; l Mobileye (2017 г.) – ведущий разработчик технологий автовождения (ADAC) и машин- ного зрения из Израиля. Аппаратное ускорение нейронных сетей Отдельного упоминания заслуживает уникаль- ное на сегодняшний день решение от компа- нии Movidius – уникальный аппаратный уско- ритель нейронных сетей Myriad X. Предыдущее поколение Myriad 2 нашло при- менение в камере-"игрушке" Google Clips, оснащенной нейронной сетью для распозна- вания лиц и лучших моментов для съемки, а также интересным решением для прототипи- рования и практического внедрения нейро- нных сетей Movidius Neural Compute Stick. Последнее поколение изготавливается по тех- нологии 16 нм и предлагает производитель- ность до 4 Тфлопс при потреблении менее 1 Вт. Микросхема Myriad X оснащена аппарат- ным кодеком 4k-видео до 60 кадр/с и в пол- ной мере поддерживается средой разработки Myraid Development Kit. Продолжение следует Во второй части публикации в следующем выпуске журнала мы перейдем к компаниям, которые занимаются исключительно специа- лизированными аппаратными решениями. Начнем с ПЛИС (перепрограммируемые логи- ческие интегральные схемы) – серии продук- тов Xilinx® ZynQ®, продолжим рассказом о графических акселераторах компании NVIDIA Jetson и закончим сравнением всех рассматриваемых нами платформ для встраи- ваемых систем. n www.secuteck.ru апрель – май 2018 МАШИННОЕ ЗРЕНИЕ w w w . a l l - o v e r - i p . r u n В И Д Е О Н А Б Л Ю Д Е Н И Е 79 Ваше мнение и вопросы по статье направляйте на ss @groteck.ru Рис. 2. Параметры последнего поколения Snapdragon 845