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为了构建更为完整的物联网大数据处理生态,支持简单高效地从其他时序数据库迁移到TDengine涛思数据研发并正式发布了taosAdapter

TDengine是涛思数据专为物联网、车联网、工业互联网、IT运维等设计和优化的大数据平台。除核心的快10倍以上的时序数据库功能外,还提供缓存、数据订阅、流式计算等功能,最大程度减少研发和运维的复杂度,且核心代码,包括集群功能全部开源。自TDengine于2019年7月宣布开源以来,在世界最大的代码托管平台GitHub上已经已经获得非常积极的反馈,有17,300多人给了star,4,100多人fork了代码。越来越多的用户开始采用TDengine。

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TDengine 在 GitHub 上开源

taosAdapter是一个新的独立程序,可以包含在TDengine 2.3.0.0及以上版本中。taosAdapter的核心出发点是解决用户的痛点,降低迁移成本。

在物联网和运维监控等领域,有些用户还在使用传统解决方案或者比较老的产品解决时序数据处理问题,比如OpenTSDB。OpenTSDB也是一款开源的分布式时序数据库,它没有自己的存储引擎,相关功能完全基于HBase。因为产生时间较早,所以很多运维监控项目选择了该系统。

以某物流科技公司为例,他们采用了OpenTSDB+HBase作为大数据监控平台全量监控数据的存储方案。但是随着该平台接入的数据量越来越大,他们遇到了很多痛点,像系统依赖多、使用成本高和性能不如意等。

具体而言:

  • 依赖多,稳定性较差:大数据监控平台是底层的基础设施,在数据存储方面又要依赖Kafka、Spark和HBase等大数据组件。这样数据处理链路就会很长,而数据链路越长,要保证系统的可靠性,挑战也就越大。如果监控系统本身出现问题,也就无从基于它来发现和定位业务系统的问题了。

  • 使用成本高:监控数据的写入量非常大,而且为了追溯历史问题,他们需要将全量监控数据保存半年以上。数据存储成本居高不下。

  • 性能不能满足需求:OpenTSDB作为全量监控数据存储方案,在写入方面性能基本满足需求,但是在日常大跨度和高频次查询方面已无法满足要求。

为了解决这些痛点,当时顺丰科技的工程师们认为有必要对全量监控数据存储方案进行升级。他们调研了多款时序数据库产品,最终决定选择TDengine。之后他们基于TDengine对系统进行了改造。改造完成后,TDengine集群轻松扛住了全量监控数据写入,目前运行稳定。

这次改造带来的效果提升非常亮眼:服务端物理机由21台降至3台,每日所需存储空间同等条件下仅为OpenTSDB+HBase的约1/10,大大降低了硬件成本。在查询性能方面,在使用预计算函数情况下,查询p99都在0.7秒以内,已经能够满足日常绝大部分查询需求;在做大跨度(6个月)非预计算查询情况下,首次查询耗时在10秒左右,后续类似查询耗时会有大幅下降(2-3s)。

某物联网平台也遇到了类似问题,他们之前采用OpenTSDB存储时序数据,功能上是能够满足需求的;但是由于OpenTSDB架构复杂,体量过重,给开发测试、安装部署以及运维管理等工作带来了不小的麻烦,随着业务规模的发展,问题愈发严重。同样在经过调研之后,他们也选择了TDengine。在升级改造的过程中,他们需要保留历史数据,所以需要将历史数据从OpenTSDB迁移到TDengine。为此他们还专门开发了一个数据迁移工具,并进行了详尽的测试。

用户的需求就是产品演进的动力。TDengine的研发团队开始思考这个问题:既然很多用户都有这种迁移需求,那是不是可以官方给出一个统一的解决方案呢?

taosAdapter就是他们的答案。taosAdapter主要有以下功能:

  • RESTful接口

  • 兼容InfluxDB v1 write接口

  • 兼容OpenTSDB JSON和Telnet格式写入

  • 无缝连接Telegraf、collectd、StatsD、Icinga、TCollector

它能够兼容OpenTSDB的Telnet/JSON写入协议,对于运维监控类业务,用户可以将collectd和StatsD收集的数据通过taosAdapter直接推送到TDengine。在数据能够正常写入TDengine后,可以调整适配Grafana,将写入TDengine的数据以可视化方式呈现出来。TDengine也为Grafana提供了连接插件。如果要迁移历史数据,涛思数据还开发了数据同步工具DataX的插件,能够帮助用户将数据自动写入到TDengine中。用户无需修改任何一行代码,只需要改几个配置,即可无缝迁移。

下一步,taosAdapter也将继续完善,支持从更多平台向TDengine迁移。

稿源:美通社

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近日,机智云物联网(以下简称“机智云”)与飞腾信息技术有限公司(以下简称“飞腾”)完成产品兼容性测试,确定机智云设备管理平台GDMS 在飞腾腾云S2500处理器平台上顺利安装,运行稳定,能够达到通用兼容性要求及性能、可靠性要求。

双方产品完成兼容性互认证,标志着机智云设备管理平台可完全支持飞腾国产处理器,双方将发挥各自优势,推动产品体系的生态融合,全面满足市场需求,助力数字化转型升级,进一步推进国产化建设。

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飞腾是国内领先的自主核心芯片提供商,致力于飞腾系列国产高性能、低功耗通用计算微处理器的设计研发和产业化推广,同时联合众多国产软硬件生态厂商,提供基于国际主流技术标准、中国自主先进的全国产信息系统整体解决方案,支撑国家信息安全和重要工业安全。腾云S2500处理器依托高可扩展、高性能、高安全、高可靠、高能效这五大核心能力,大幅提升大数据基础设施底座的算力,并使飞腾平台逐步具备了对算力要求更高的金融、电信等新基建核心行业核心业务的支撑能力。

机智云作为全球领先的物联网开发和云服务平台,AIoT全栈(综合)物联网平台服务领导者,工业互联网平台优秀技术供应商,聚焦物联网、云计算、大数据和人工智能产业,采用微服务架构,为需要IoT需求的企业/团队提供IoT设备全生命周期管理运营系统。

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机智云AIoT云平台支持在云端部署自由组合应用组件,通过“软件+硬件+应用+数据”垂直一体化服务,打通产品从设计研发到生产销售的全流程数据,同时平台开放API接口,帮助企业打通内外部经营管理系统(CRM、ERP 等),已服务交通物流、新能源、工业互联、医疗健康、消费电子等众多行业,并在多个行业实现市场覆盖率领先。

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机智云设备管理平台GDMS是基于机智云AIoT云平台,为企业IoT设备提供运营管理的一套系统软件,包括设备管理、用户管理、代理商管理、订单管理、售后管理、数据分析等一系列管理功能,快速帮助系统管理员对产品进行全面的管理与控制,支持集团公司多品牌多品类设备统一管理,可通过编辑看板选择查看不同产品运营数据,帮助企业快速对产品进行全面管控,有效提升服务水平。

目前,信息技术应用创新发展已是一项国家战略,也是当今形势下国家经济发展的新动能。机智云除适配飞腾外,其核心产品体系也先后与华为鲲鹏、麒麟软件、达梦数据库、统信兆芯及统信海光完成兼容适配。

今后,机智云将持续提升技术创新能力及研发实力,充分发挥产品方案及平台技术服务优势,帮助客户应对不断变化的业务挑战,为各行企业用户构建更加安全高效可靠的多行业整体解决方案,积极推进自主可控产业链发展,共同推动国产化生态建设。

稿源:美通社

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2021年11月28日,香港国际机场管理局宣布已于今年9月正式引入驭势科技无人驾驶巡逻车,运营里程已超过一万公里。这是全球范围内首款在机场禁区内用于巡逻的无人车。这款无人驾驶巡逻车采用宝骏KiWi EV车型,基于驭势科技通用自动驾驶技术栈U-Drive打造,实现全天候无人化运作,可加强巡逻频率,提升安保水平。第一阶段无人驾驶巡逻车主要用于沿着机场跑道南路进行自主周边巡逻。

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驭势科技无人驾驶巡逻车(香港国际机场官方新闻图片)

无人驾驶巡逻车已实现“去安全员”运营,其车身配备8个高清摄像头、3个激光雷达和全球定位系统(GPS),能够监测周围的人和物体,以避免碰撞,确保安全的运营。运营期间,无人驾驶巡逻车可沿着机场边界扫描是否有人员闯入,以及监测铁丝网的异常情况。如果有任何异常,立即发出警报并提醒机场中央控制中心的远程监察控制员。在机场工作现场,无人驾驶巡逻车还需承受每小时180公里的风速,亦曾在暴风信号期间正常使用。

早在2019年,香港国际机场即携手驭势科技在全球范围内落地首个机场无人物流项目,并于今年第一季度宣布全面启用无人物流车来运送旅客行李;在第二季度,无人物流车已开展机场内货物运输工作。

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驭势科技无人物流车(香港国际机场官方新闻图片)

无人物流项目已实现近700天的完全无人驾驶常态化运营,积累了丰富的机场无人驾驶运营数据和经验,帮助香港国际机场降本增效,实现智能化升级。机场内现有的无人物流车队和无人巡逻车队将以无人驾驶技术进行场内智能协同,高效率完成机场服务工作。

由于无人车队表现理想,香港机管局计划在2021年年底将巡逻车车队规模增加一倍,增加巡逻范围至禁区内的北环路;同时计划增加无人物流车数量,扩展应用范围至三跑道系统。而双方共同研发的机场无人巴士也正按照计划进行研发测试中,目标于2023年正式投入运作。

稿源:美通社

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LEC2 Workbench系列技术博文主要关注莱迪思产品的应用开发问题。这些文章由莱迪思教育能力中心(LEC2)的FPGA设计专家撰写。LEC2是专门针对莱迪思屡获殊荣的低功耗FPGA和解决方案集合的全球官方培训服务供应商。

莱迪思CrossLink™-NX FPGA拥有丰富的特性,可加速实现高速和低速接口。本文(系列博文的第二篇)描述了使用CrossLink-NX FPGA连接基于SPI的外部组件。第一篇博文介绍了使用两个时钟域实现SPI接口。本文将介绍使用单个时钟域实现连接ADC(亚德诺半导体公司的 ADC AD7476)的SPI接口。两个案例中呈现了两种截然不同的实现接口的方法。

一个时钟域的实现方案(dac_1c

单个时钟SPI接口方案的实现如图1所示。

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1:单个时钟域SPI接口的实现

单个时钟域SPI实现的思路与两个时钟域非常相似。这里为了便于演示没有使用PLL。同时,也不需要sync_stage模块。由于是单个时钟,需要clock_generator来生成dac_sck所需的时钟下降沿条件,dac_sck则用作状态机dac_fsm的触发条件。

clock_generator模块

2所示的clock_generator模块产生时钟信号dac_clk以及显示dac_sck的下降沿。图 3 显示了 dac_sclk edge_low 的关系。

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2clock_generator模块框图

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3:单个时钟域dac_fsm状态机的控制结构

在转换信号被识别后,bit_count计数器加载值15。每当edge_low生效时,串行数据在时钟信号CLK_120的上升沿输出到dac_sdata上。传输16个数据位后,dac_fsm de再次发出就绪信号并等待下一个转换信号。

约束单个时钟域解决方案的设计

1. 约束时钟CLK_120

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2. 约束dac_clk

连接到dac_sck端口的时钟信号由clock_generator生成。CLK_120dac_sck之间的关系为4分频。

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3. 约束DAC输入/FPGA输出

时间值t4t5t6描述了外部模块的setup/hold要求。这些要求使用set_output_delay约束进行描述。由于是单时钟域,因此需要多周期约束。

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运行单个时钟域解决方案的时序分析

正如预期那样,时序分析报告在dac_sdata输出信号上显示出了相同的性能数据。

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总结

单个时钟域的方法使用了单个时钟分配网络,由于不需要同步阶段与高级功能通信,因而具有设计上的优势。

该项目(dac_1c)以及两个时钟域的项目均可通过邮箱info@lec2-fpga.com索取。

Eugen Krassin是莱迪思教育能力中心(LEC2)的总裁兼创始人。

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LEC2 Workbench系列技术博文主要关注莱迪思产品的应用开发问题。这些文章由莱迪思教育能力中心(LEC2)的FPGA设计专家撰写。LEC2是专门针对莱迪思屡获殊荣的低功耗FPGA和解决方案集合的全球官方培训服务供应商。

莱迪思CrossLink™-NX FPGA拥有丰富的特性,可加速实现高速和低速接口。本文(系列博文的第一篇)描述了使用CrossLink-NX FPGA连接基于SPI的外部组件。第一篇博文介绍了使用两个时钟域实现连接DAC(亚德诺半导体公司的AD7303 DAC)的SPI接口。第二篇博文将介绍使用单个时钟域实现连接ADC(亚德诺半导体公司的 ADC AD7476)的SPI接口。两个案例中呈现了两种截然不同的实现接口的方法。

两个时钟域的实现方案(dac_2c

亚德诺半导体公司(ADI)的AD7303模块用作外部DAC。图1显示了接口的时序图和时序参数。在本例中,SCLK频率为30 MHz。时序参数t4t5t6在时序约束规范时尤其需要关注,它们将在set_output_delay约束中使用。

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1:时序图和时序特征

两个时钟域解决方案的实现如图2所示。

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2:两个时钟域SPI接口的实现

使用的参数:

输入时钟频率:100 MHZ

内部时钟CLK_120频率:120 MHZ

内部时钟CLK_30频率:30 MHZ

生成的时钟dac_sck30 MHZ



PLL_120_30

PLL从外部时钟CLK100 MHz)生成两个内部相位同步时钟CLK_120CLK_30

dac_sample_gen
模块

dac_sample_gen模块为dac_fsm生成采样信号(转换)。采样信号开始向DAC传输数字数据。采样率通过sample_select [1:0]信号设置,如表1所示。dac_sample_gen的框图如图3所示。

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1:采样率设置

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3dac_sample_gen的框图

mode_select控制信号控制方波信号或三角波信号的生成,作为DAC的输入数据。

sync_stage模块

dac_sample_gen模块与CLK_120一起工作。控制单元dac_fsmCLK_30域的一部分。sync_stage模块将转换信号从CLK_120域传输到CLK_30域。来自dac_fsm的相应信号从CLK_30域传输到CLK_120sync_stage的框图如图4所示。

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4sync_stage的框图

dac_fsm
模块用于双时钟实现方案

dac_fsm模块控制生成传输到DAC的控制/数据信号。为了遵循图1给出的t4t5t6的值,dac_fsmCLK_30的下降沿工作。Dac_fsm作为状态机实现。

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5:控制结构dac_fsm状态机转换信号被识别后,bit_count计数器加载值15。串行数据在时钟信号CLK_30的下降沿输出到dac_sdata上。传输16位数据后,dac_fsm再次发出就绪信号并等待下一个转换信号。

约束两个时钟域解决方案的设计


1. 
约束时钟CLK

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2. 约束时钟CLK_120CLK_30

无需明确定义CLK_120CLK_30这两个时钟信号,因为它们会由设计软件自动定义。这两个时钟也称为自动生成时钟。

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3. 约束dac_clk

连接到端口dac_sck的时钟信号是内部时钟CLK_30的副本。该信号被外部DAC解读为时钟。因此,该信号也必须被定义为时钟,便于正确描述t4t5t6的时间要求。该时钟即所谓的手动生成时钟。

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4. 约束DAS输入/FPGA输出

时间值t4t5t6描述了外部模块的setup/hold要求。这些要求使用 set_output_delay约束进行描述。


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运行两个时钟域解决方案的时序分析

时序分析报告显示了两个时钟信号CLK_120CLK_30之间的关系。

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注意CLK_120CLK_30的跨时钟域参数,反之亦然。这正是我们所期望的。

对输出信号dac_syncdac_sdata的分析展示了基于set_output_delay约束实现的setup slackhold slack

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总结总之,两个时钟域提供了一些功耗方面的优势,因为设计的一部分以较低的速度运行。此外,时序约束也很容易指定。该项目(dac_2c)可在LEC2索取。欲获取项目副本,请通过info@lec2-fpga.com与我们联系。

我们将在下一篇文章中探讨单个时钟域的方法。

Eugen Krassin是莱迪思教育能力中心(LEC2)的总裁兼创始人。

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产学合作促进新加坡碳化硅生态发展

科学技术研究局 (A*STAR) 微电子研究所 (IME) 和服务多重电子应用领域的全球半导体领导者意法半导体(STMicroelectronics,简称ST;纽约证券交易所代码:STM) 共同宣布,双方将在汽车和工业市场电力电子设备用碳化硅 (SiC) 领域展开研发 (R&D) 合作。此次合作为新加坡建立全方位的SiC生态系统奠定基础,并为其他公司参与微电子所和意法半导体的SiC 研究活动创造了机会。

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在电动汽车(EV)和工业用电力电子设备中,SiC解决方案的性能表现比传统硅(Si)基器件更好,而且可以满足市场对外形尺寸更小或功率输出更高、工作温度更高的功率模块的需求。根据这项研究合作协议,科研局微电子所和意法半导体旨在开发优化 SiC集成器件和封装模块,大幅改进下一代电力电子设备的性能。

微电子所执行董事Dim-Lee Kwong教授表示:“我们很高兴与意法半导体合作开发突破性技术,满足电动汽车市场不断增长的需求。这项合作将继续吸引高价值研发活动落地新加坡,并提高其作为有吸引力的区域性研究、创新和创业中心的声誉。”

意法半导体汽车与分立器件产品部副总裁、功率晶体管事业部总经理Edoardo Merli表示:“与 IME 的这项新合作可以促进新加坡SiC生态发展,除卡塔尼亚(意大利)外,我们还在新加坡扩大了制造活动。多年长期合作有助于我们在卡塔尼亚和 Norrköping(瑞典)的现有研发项目外扩大在全球的研发工作,涵盖整个 SiC 价值链。IME在宽带隙材料(尤其是 SiC)方面的深厚知识和研发能力促进我们加快新技术和产品的开发,应对绿色出行和在各种应用中提高能效的挑战。”

编辑注释

电力电子设备涉及使用电子设备控制和变换电能。虽然当今的电力电子设备主要是使用硅基器件,但是下一代电力电子设备有望全面采用宽禁带材料,例如 SiC,因为宽禁带材料的特性更适合电能变换。凭借更高的能效和更小的尺寸,SiC功率器件有助于电动汽车的几个关键系统实现节能,例如,动力电机逆变器(电动汽车的“发动机”)、车载充电机和DC-DC变换器。其中,DC-DC变换器的功能是把动力电池的高压电流变为低压电流,从而驱动大灯、车内照明灯、雨刮器电机、车窗升降电机、风扇电机、液泵等系统。

详情访问:

https://www.a-star.edu.sg/ime/Research/power-electronics

https://www.st.com/content/st_com/en/about/innovation---technology/SiC.html

关于微电子研究所 (IME)

微电子研究所(IME)是新加坡科学技术研究局(A*STAR)下属的一个研究机构。微电子所的定位是在学术界和产业界之间架起一座合作研发的桥梁,以提升新加坡半导体行业价值为使命,发展战略能力、创新技术和知识产权资产;使企业具有技术竞争力;培养技术人才库,为行业注入新知识。重点研究领域为异构集成、系统级封装、传感器、致动器和微系统、射频和毫米波、碳化硅/氮化镓功率电子和医疗技术。了解IME更多信息,请访问www.a-star.edu.sg/ime.

关于科学技术研究局(A*STAR)

科学技术研究局(A*STAR)是新加坡主要的政府研发机构。通过开放式创新,我们与公共和私营经济领域的合作伙伴合作,推动经济社会发展。作为一个科技研发机构,科研局填补学术界和工业界之间的脱节。我们的研究活动推动新加坡经济增长,创造就业机会,并通过提高研究成果在医疗、城市生活和可持续发展方面的社会贡献,改善人们的生活。在为规模不断扩大的科研界界和产业培养科技人才和领导者方面,科研局发挥着关键作用。科研局的研发活动涵盖生物医学科学、物理科学和工程学,研究机构主要位于生物医药园和启慧园。了解实时资讯,请访问www.a-star.edu.sg.

关于意法半导体

意法半导体拥有46,000名半导体技术的创造者和创新者,掌握半导体供应链和先进的制造设备。作为一家独立的半导体设备制造商,意法半导体与十万余客户、数千名合作伙伴一起研发产品和解决方案,共同构建生态系统,帮助他们更好地应对各种挑战和新机遇,满足世界对可持续发展的更高需求。意法半导体的技术让人们的出行更智能,电力和能源管理更高效,物联网和5G技术应用更广泛。详情请浏览意法半导体公司网站:www.st.com

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作者:黄仑,Achronix高级应用工程师

1. 概述

随着互联网时代的到来人类所产生的数据发生了前所未有的、爆炸性的增长。IDC预测,全球数据总量将从2019年的45ZB增长到2025年的175ZB[1]。同时,全球数据中近30%将需要实时处理,因而带来了对FPGA等硬件数据处理加速器的需求。如图1所示。

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1 全球数据增长预测

在这样的数据高速增长的情况下,用于传输数据的网络带宽和处理数据所需要的算力也必须急速增长。传统的CPU已经越来越不堪重负,所以用硬件加速来减轻CPU的负担是满足未来性能需求的重要发展方向。未来的硬件发展需求对于用于加速的硬件平台提出了越来越高的要求,可以概括为三个方面:算力、数据传输带宽和存储器带宽。

Achronix的新一代采用台积电7nm工艺的Speedster 7t FPGA芯片根据未来硬件加速和网络加速的需求,在这三个方面都做了优化,消除了传统FPGA的瓶颈。下面我们重点说一说为了提高存储器带宽,Achronix通过采用硬核GDDR6控制器所带来的优势。

2. GDDR6的发展

GDDR的设计之初,其定位是针对图形显示卡所特别优化的一种DDR内存。因为2000年后电脑游戏特别是3D游戏的发展和火爆,使运行电脑游戏的显卡需要有大量的高速图像数据交互需求,GDDR在这种情况下应运而生。第一个GDDR标准是基于DDRGDDR2,随后发展到了基于DDR3GDDR5,在一段时间中非常流行。

2016年,GDDR5X正式发布,它引入了具有16n预取的四倍数据速率模式,但代价是访问粒度从GDDR532Byte提高到了64Byte2018年,GDDR6发布,数据速率达到了16Gbps,带宽几乎是GDDR5X的两倍,同时采用了双通道设计,访问粒度和GDDR5一样是32Byte

3. GDDR6 DDR4/5的比较

GDDR一直以来是针对图形显示卡所优化的一种DDR内存。因为显卡处理图像数据,特别是3D图像数据对显存带宽的要求更高,GPUGDDR之间的数据交换非常频繁。而DDR内存专注于与CPU进行数据交换的效率,因此对于整体存取性能、低延迟更为看重,所以在CPU和传统的FPGA中基本都是用DDR4

随着硬件加速需求对于存储器的带宽提出了越来越高的要求,传统的DDR4带宽显然已经无法满足要求,Achronix看重了GDDR6在数据存储中的带宽优势,创新地将GDDR6引入到了FPGA,彻底解决了传统FPGA存储带宽不够的瓶颈。

2020715日,JEDEC存储协会正式发布了DDR5 SDRAM的标准JESD79-5),内存的频率相对DDR4的标准频率有了大幅的提升,总传输带宽也提升了38%,但是还是和GDDR6的带宽有一定的差距。如图2所示[2]GDDR6DDR4/5的带宽对比。

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2 GDDRDDR带宽发展对比

如果实现同一个大带宽存储的应用,在提供相同的存储器带宽的情况下,无论在设计复杂度,PCB占用面积,还是在功耗方面,与DDR4相比,GDDR6的性能都有很大的提高,如图3所示[2]

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3 GDDR6DDR4性能对比

4. GDDR6 HBM2的比较

HBM全称High Bandwidth Memory,最初的标准是由JEDEC2013年发布。20161月,HBM的第二代HBM2正式成为工业标准。HBM的出现也是为了解决存储器带宽问题。与GDDR6不同的是,HBM内存一般是由4个或者8HBMDie堆叠形成,我们称之为一个Stack。如图4所示[4]

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4 HBM Die的堆叠

我们以市面上带有HBM2的高端 FPGA为例,这个系列的FPGA集成了1~2个这样的HBM2 Stack。两个Stack之间是相互独立的,各自有自己的地址空间。每个Die都有独立的两个128bitChannel,所以4Die 8个通道就是1024bit的位宽,HBM2的频率是900MHz,按DDR的方式访问,一个Stack总共带宽是 900MHzx 2DDRx 1024位宽/8 = 230GB/s两个Stack最高可以到460GB/s的带宽。

AchronixSpeedster 7t FPGA集成了8GDDR6的硬核,每个GDDR6的硬核支持双通道。总的带宽是 16Gbps x 16位宽x 2通道x 8控制器/8 = 512 GB/s,略高于带HBM2FPGA存储器带宽。

从成本上来看,目前GDDR6HBM2相比有着很大的优势,HBM2技术工艺要求高,目前芯片的良率和产量都会受到很大的影响。同时GDDR6使用起来更灵活,使用片外的DRAM,可以根据应用要求,选择不同速率,不同容量的GDDR6颗粒。HBM2的优势在于集成度高,不占用PCB板的面积。图5DDR4GDDR6HBM2在成本上的一个综合比较。

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5 DDR4 vs GDDR6 vs HBM2

5. GDDR6 技术细节以及Clamshell模式

GDDR6结构如图6所示[3]。它是采用16n Prefetch结构,一次写操作或者读操作的数据是16n。每个GDDR6颗粒有两个独立的通道,每个独立的通道访问独立的内存空间。对于每个通道,读或者写的位宽是256bit或者32ByteP-to-S converter是一个并变串的转换器,把每个256bit位宽的数据转换成16位总线,每位总线上传输16bit的数据。这样GDDR6每个通道最小的访问粒度是256bit或者32Byte

根据GDDR6这样16n 预取结构,内部存储阵列如果访问周期是1ns,则I/O上的数据率则是16Gbps

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6 GDDR6颗粒结构

一个GDDR6控制器支持两个独立通道,一个GDDR6颗粒也是两个独立的通道,所以在通常模式下,一个GDDR6控制器对应一个GDDR6的颗粒,用x16模式,实现最高512Gb/s的带宽。

因为目前市面上GDDR6颗粒的最大容量是16Gb,在有些应用中如果对容量有一定的要求,可以使用一种叫Clamshell的连接方式,如图7[5]所示,每个GDDR6控制器连接两个GDDR6颗粒,每个GDDR6的颗粒用x8模式,这样在这种Clamshell模式下,带宽不变,但是支持的GDDR6的容量翻倍了。

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7 GDDR6Clamshell模式

6. GDDR6 7t1500上的读写效率

最后,我们测试一下7t1500GDDR6控制器的读写效率,所有的测试结果基于仿真数据。测试环境如图8所示。因为7t1500包含了片上网络(NoC),并且NoC已经实现了仲裁,时钟域转换的逻辑,我们用三个用户逻辑通过NoC去访问同一个GDDR6 Channel,得到的综合读写效率更能反映用户实际运用中的场景。

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8 GDDR6读写效率测试架构

在不同的突发长度和不同的地址访问方式下的测试结果如图9所示。

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9 GDDR6读写效率

后面我们会继续深入了解Speedster 7t FPGA芯片上的一些特性,以及这些特性如何运用在数据加速和网络加速中,敬请期待。 如需更多信息或者有任何疑问您可以通过Achronix公众号里的联系方式联系我们,也可访问Achronix公司官方网站 http://www.achronix.com

如果需要进一步联络Achronix中国区技术和产品应用团队,请发送邮件到:dawson.guo@achronix.com

参考文献:

1.The Digitization of the World From Edge to Core 2018

2.Extending the Benefits of GDDR Beyond Graphics by Micron

3.TN-ED-03: GDDR6: The Next-Generation Graphics DRAM Memory Array Prefetch and Access Granularity

4.Samsung网站:www.samsung.com

5.Micron网站:www.micron.com

6.Achronix网站:www.achronix.com

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作者:凌华科技IOT 策略解决方案与技术事业处智能工厂事业中心协理杨家玮

在传统的工业和制造环境中,监控工人安全、提高操作人员效率以及改进质量检测都是体力工作。如今,基于人工智能的机器视觉技术取代了许多低效的、劳动密集型的操作,并提高了可靠性、安全性和效率。本文将探讨如何通过部署人工智能相机,进一步提高性能,因为用于赋能人工智能机器视觉的数据就来自相机本身。

支持人工智能的机器视觉

根据IoT Analytics报告,2020年,制造业和工业中的人工智能机器视觉市场规模约为41亿美元,预计到2025年将增加至152亿美元,年复合年增长率(GAGR)为30%,而传统机器视觉部署的年复合增长率仅为6.5%。如此高的年复合增长率是因为下一代实时边缘人工智能机器视觉的应用不仅限于质量保证和产品检测应用。

工人的安全是制造业和工业的重中之重,支持人工智能的智能摄像头有助于在这些环境中实现自动化的监控和检测。必须确保在潜在不安全环境(例如危险的机械设备和危险的材料)中工作的员工、承包商和其他第三方操作人员的安全。行为和位置(POSE)检测生成的信息可以表明机器操作人员是否处于危险之中,是否遵循标准的操作流程(SOP)或者以提供生产力和效率的方式在工作。最后,自动光学检测(AOI)可以提高质量控制的速度和准确性,即使对于隐形眼镜等难以看见的产品也能够如此。

人工智能助力智能工人安全

工业环境造成的死亡人数在全球范围内并非闻所未闻。在评估工人安全时,设施还必须考虑非致命的工伤。除了情感创伤意外,通常还需要考虑经济等因素。

工业和制造业通常采用人工监督和光幕来确保工人的安全。然而,人类无法做到无处不在,无所不能,因此会面临出错的危险,另外,安全光幕也有其本身的局限性。

电子围篱

在现代化的智能工厂中,人们经常在具有潜在危险的设备(例如机械臂)周围进行工作。安全光幕通过在机器接入点和周围创建一个感应屏幕来保护人员免受伤害。然而,它们占用大量的地面空间,并且难以部署,缺乏灵活性。在某些情况下,安全光幕的响应时间有限,从而带来其他的问题。

传统的机器视觉解决方案使用灵活且易于部署的IP摄像头和人工智能模块,但是延迟还是比较大,因此不适合需要立即响应的应用场景。

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图 1:安全光幕占用地面空间,部署困难,缺乏灵活性,有时响应能力还有局限性。人工智能相机最大限度地减少了延迟,减少了部署空间以及对带宽的要求,并且易于部署和维护。

凌华科技的NEON-2000系列多合一人工智能相机可以解决延迟的问题。在将结果和指令发送到相关设备(例如机械臂)之前,他会捕获图像并执行所有与人工智能相关的操作(见图1)。与光幕和传统机器视觉设施相比,使用多合一智能相机可以最大限度地减少延迟、减少部署空间和对带宽的要求,并且易于安装和维护。

实时的机器视觉人工智能通过提醒工人进入不安全区域并记录该信息以对工人进行再度培训,为增强工人的安全提供好处。记录过去时间的数据,还可能对未来有所帮助。例如,如果工人接近危险区域,机械臂并不需要完全关闭,而是进入一个功能安全的流程循环。诸如此类的例行程序不仅可以提高工人的安全性,还可以提高工厂的运营效率。

智能加油

当加油车到达制造工厂时,它可能会带来许多安全隐患,而这些问题可以通过智能人工智能视觉轻松解决。首先,如果制动不正确或者失灵,可能导致车辆翻滚。训练人工智能机器视觉系统来监控车辆的运动,当其状态发生改变时可以立即发出警报。

相关设施还必须在加油的过程中考虑操作人员的位置,因为存在不同类型的分区违规。确保所有现场工人都了解存在的安全风险变得至关重要。例如,有必要在车辆的四个角放置路锥,并确保为车辆加油的操作员穿着合适的个人防护装备——人工智能视觉可以执行所有的安全检查,以确认所有的流程都是正确的。(参见图2)

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2:虽然主管在现场可以加强安全流程的执行,但并不总是可行的。如果有人闯入危险区域,人工智能机器视觉就可以立即发出警报。

来自人工智能机器视觉系统的即时警报可以警告操作员的安全漏洞并防止其受伤。它还创建了问责制;如果有人在没有穿个人防护装备的情况下进入了不安全的区域,那么记录的图像可以标记错误并教育员工,以防止将来再次犯错。

行为和位置检测

对于制造业而言,“周期时间“是生产效率的关键性能指标。它表示一个团队在产品准备好发货或之前花费在生产项目上的时间。使用人工智能相机技术监控员工的行为和位置,有助于执行标准化流程(SOP)并提高员工的效率,缩短周期时间。

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3:电子制造产线上的行为和位置检测,有助于提高生产力,并改善订单、数量和生产线之间的平衡。

来自实时视频的行为和位置检测扮演者至关重要的作用,它可以将数字内容和信息叠加在模拟量的世界上。行为和位置使用一组骨骼标志点(例如手、肘或肩)来描述身体的位置和运动。

人工智能机器视觉让工厂操作员和工人能够专注于身体位置是如何影响他们的工作。行为和位置数据是一个很好的培训工具,可以知道操作员如何放置手臂和手才更符合人体工程学、更高效地工作;它还可以改善人们的姿势,这也是另外一个显著的优势。(见图3)

跟踪操作人员是否在生产线上的工作站上,也可以实现自动化并验证时间表。监控他们是否积极遵守标准流程,确保质量管理和生产线平衡。

AI Smart AOI 基于人工智能的智能AOI

利用人工检查产品的质量,其耗时有长有短,最终会导致产线的瓶颈。传统的AOI(自动光学检测)机器视觉,凭借其卓越的准确性和高效率,能够比专业的质量控制人员更快地检测到易于发现的产品缺陷。但是,当缺陷难以检测时,例如隐形眼镜上的缺陷,这些机器视觉系统在准确度和一致性方面则难以满足实际需求。

虽然大多数制造商采用随机抽样的方法来测试产品是否存在缺陷,但是这种方法在隐形眼镜的生产线上是不适用的,因为每片镜片都需要检查。质量控制人员每班最多只能检查4000个镜片,因此产生了生产瓶颈。此外,误检和漏检也是不可避免的。

由于隐形眼镜是透明的,因此,采用机器数据的检测方式历来是这个行业面临的重大挑战。传统的AOI依赖固定的几何算法来发现缺陷,但从透明物体中获取高质量的图像具有较大的难度,从而导致检测的性能无法被客户接受。

使用基于人工智能的智能相机搜集数据用以训练人工智能算法,并持续迭代检测的性能,以此提供更好的解决方案。基于人工智能的智能系统可以识别常见的缺陷,例如毛刺、气泡、边缘粗糙、颗粒、划痕等等(见图4),同时会保留检查日志以供客户参考。

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4:基于人工智能的智能AOI甚至可以检测透明隐形眼镜中的微小缺陷,与之前使用人工的质量控制流程相比,检测效率得以显著提升

相比人工视觉检测,每个基于人工智能的智能相机可以检测50 多倍数量的隐形眼镜,而且检测精度从 30% 提高到 95%。

结论

利用源自人工智能机器视觉技术所产生的强大且实时的数据,制造商可以获得更多的正常运行时间、获得预防性维护的能力、提高生产力和确保工人安全等等诸多受益。

本文重点提及的人工智能机器视觉应用,需要人工智能算法进行深度学习。开发人工智能算法的软件专家需要一个智能的、可靠的平台来执行人工智能模型推理。预装EVA(Edge Vision Analytics,边缘视觉分析)软件的人工智能相机解决了传统人工智能视觉系统常见的许多问题,提高了兼容性、加快了安装速度,并最大限度地减少了维护工作。

想要成功部署人工智能视觉项目,工程师可能需要长达12周的时间来进行概念验证(PoC)。选择经过优化的相机和人工智能推理引擎、重新训练人工智能模型、优化视频流等都需要较长的学习时间。然而,EVA软件凭借其流水线的结构优势,简化了所有的步骤,并将PoC的时间缩短到2周以内,这也成为启动人工智能视觉项目的理想起点。

关于凌华科技

凌华科技(股票代号:6166)引领边缘计算,是AI人工智能驱动世界的推动者。我们制造并开发用于嵌入式、分布式与智能计算的边缘硬件与软件解决方案,全球超过1600家客户信任凌华科技,选择我们作为其关键任务的重要伙伴,从重症监护室的医疗计算机到全球第一辆高速自动驾驶赛车,都有我们的足迹。

凌华科技是英特尔、NVIDIAAWSSAS的重要合作伙伴,并加入了英特尔顾问委员会、ROS 2技术指导委员会以及Autoware自动驾驶开源基金会。我们积极参与了开源技术、机器人、自主化、物联网、5G等超过24个标准规范的制定,以驱动智能制造、网络通信、智能医疗、能源、国防军工、智能交通与信息娱乐等领域的创新。

凌华科技拥有1800多名员工和200多家合作伙伴。25年以来,我们秉持并推动当今和未来技术的发展,创新科技,转动世界。

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2021年11月24日,专注于图像质量和人工智能的医疗技术软件公司康泰瑞影(ContextVision)宣布推出Rivent 3D软件,这款产品是超声医学影像技术的进步。Rivent 3D基于容积处理的优势所在,并增强了在保持自然外观的同时进行强大处理的能力。

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凭借Rient 3D,康泰瑞影进一步扩展了其Rivent超声图像增强平台,为临床医生提供接近真实清晰度的3D和4D图像,以支持他们做出更自信的诊断并提供更好的治疗方案。这一技术进步对于超声应用更多的产科/妇科和心脏病学等领域尤为重要。

Rient 3D平台算法会分析所有维度的数据,并将图像质量提升到超越传统2D增强技术的水平,从而提供:

  • 强大的过滤功能,可在渲染视图中获得高清晰度细节的平滑的表面。

  • 在多平面视图中,呈现清晰的边界以及不同组织的区分。

  • 为医疗设备制造商提供灵活的优化工具。

上述的图像增强都是实时完成的,提供了无与伦比的图像质量。

Rient 3D将在RSNA 2021期间与康泰瑞影最先进的超声、X射线和核磁共振图像增强解决方案等产品组合一起展示。欲了解更多信息,请访问www.contextvision.com

关于康泰瑞影(ContextVision)

康泰瑞影是一家专业从事图像分析和人工智能的医疗技术软件公司。作为图像增强领域的全球市场领导者,我们是全球领先的超声、X光和核磁共振设备制造商值得信赖的合作伙伴。

我们的专长是针对图像应用,开发基于专有技术和人工智能的强大软件产品。我们的尖端技术帮助临床医生准确解读医学图像,这是更好地诊断和治疗的重要基础。

康泰瑞影现在正在进入快速增长的数字病理市场。我们正在对我们的决策支持工具产品组合进行大量再投资,我们致力于成为病理学家从根本上开发癌症诊断和改善患者护理的领先资源。

公司成立于1983年,总部设在瑞典,在美国、日本、中国和韩国设有当地代表处。康泰瑞影在奥斯陆证券交易所上市,股票代码为COV。

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11月26日, 上海发布会场气氛热烈、人头攒动,芯动科技正式发布了首款国产高性能4K级显卡GPU芯片“风华1号”的性能参数, 并通过现场多项4K级重度渲染演示,揭开了这款集众多自主技术创新、备受瞩目的国产GPU芯片的神秘面纱。

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芯动云计算总裁敖海先生概括“风华1号”GPU性能突破

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芯动云计算总裁敖海先生发布“风华1号”GPU芯片

“风华1号”GPU性能大幅领先, 成倍提升了现有国产GPU水平。“风华1号”单芯片A卡渲染能力达到160GPixel/秒,FP32浮点性能达到5T FLOPS;3D图形渲染处理管线定制优化,支持Linux/龙芯/Windows/安卓操作系统图形框架,同时支持4路4K@60、16路1080P@60fps或32路720P@30fps,集渲染+低延迟编解码+AI计算于一体;AI性能为25TOPS(INT8);芯片支持32路SRIOV虚拟化,内置中国专利的物理不可克隆PUF技术,保护信息安全;显存技术采用全球领先的GDDR6/GDDR6X Combo自研技术,单比特最大传输速率达到19Gbps;显存带宽最高可达304GB/s,显存容量最大可扩展至16GB;主机接口支持PCIe4.0X16,且向下兼容PCIe3.0/2.0X8;视频输出接口方面,“风华1号”配置自研HDMI2.1/DP1.4/VGA等超高清接口,支持多路独立输出。风华1号”实测功耗表现非常优秀,桌面4K重度渲染典型芯片功耗在20W左右,多路重度云渲染典型功耗在50W左右。“风华1号”还首次成功实施了中国自主标准的Innolink Chiplet多晶粒技术, 通过Innolink chiplet扩展,“风华1号”GPU显卡服务器用B卡,在A卡基础上直接性能翻倍, 渲染能力达到320GPixel/秒,FP32浮点性能达到10T FLOPS;同时支持32路1080P@60fps和64路720P@30fps强渲染+低延迟编解码+AI计算,显存达到32GB。

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芯动科技在发布会现场进行了“风华1号”A卡的渲染演示,使众多与会嘉宾、客户和合作伙伴有机会近距离观看“风华1号”在国产CPU和操作系统桌面上办公上网、CAD设计、图形工作站、EDA设计、GIS实景地图、重度游戏benchmark、OpenGL4.0 Heaven、Vulkan框架下运行Windows游戏、多路云游戏等多种高清渲染场景下的流畅表现,不时发出赞许和夸奖。有业内人士甚至抑制不住好奇心,亲自操作测试演示室的机器,确认得到满意的体验! 会场火热气氛中,还出现了不速之客, 居然乘机偷走一块展示的显卡,导致警方介入, 为大会增添了一点特别的花絮。

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与会者参观GPU展台

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与会者参观“风华1号”演示间

多位与会嘉宾表示,“风华1号”的正式发布意义重大,技术含金量高,一改过去国产显卡不好用的体验,实现了国产5G数据中心服务器GPU和4K桌面GPU这两大应用场景从0到1的突破。“风华1号”显卡实现了多个第一, 如第一款渲染能力达到5T-10T FLOPS的国产GPU显卡,第一款图形API达到OpenGL4.0以上,并能实际演示4.0 benchmark的GPU,还是第一款支持多路渲染+编解码+AI服务,硬件虚拟化和chiplet可延展的国产GPU等。“风华1号”大幅提升了国产GPU的渲染能力,在5G数据中心渲染性能对标国外服务器级别显卡,效果惊艳全场。在发布会期间的交流洽谈过程中,不少客户当场表达了合作和购买意向。

“风华1号”大型芯片的诞生,绝非偶然,其实是芯动科技15年如一日,长期深耕核心技术厚积薄发的必然。芯动科技工程副总 毛鸣明在演讲时提到,“15年来芯动科技低调务实,敢为人先,攻关克难,团队十年坐得板凳冷,付出的努力和心血是难以想象的。光是行业创纪录的200多次先进工艺流片,就可见一斑。芯动连续11年细分市场遥遥领先,在重大开发投入的情况下,还能持续盈利,为各国产半导体代工厂和300家全球知名客户提供顶尖IP和芯片定制,包括中兴通讯、华为海思、瑞芯微、君正、微软、AMD、亚马逊等知名公司逾50亿颗先进SOC芯片背后,都有用到芯动技术。芯动以前是幕后英雄,在to B的圈子非常有名, 为众多客户一次流片成功并做到自主可控, 成就客户,也成就了自己,芯动在长期研发中积累了GPU所需要的全套高端IP、图形芯片内核定制技术和先进工艺经验, 所以‘风华1号’能够一炮打响、性能超群”。据悉,“风华1号”上搭载的GDDR6X顶级难度的显存技术,目前全球只有英伟达和芯动科技两家拥有,“核心技术是买不来的,英伟达的高带宽显存技术一直自研,是其保持其竞争优势和70%利润率的一大利器,芯动科技在这方面能与其并驾齐驱,确保了GPU性能和工艺量产的灵活性和性价比”, 这是芯动科技GDDR6X研发负责人高专的切身感悟。“GDDR6X的PAM4并行技术超级难做,英伟达与美光在一栋楼里共同研发两年才研发出来; 而芯动团队是全球唯一一家,仅凭有限的远程技术支持,只用一年时间就做出来了, 连AMD都没有做到,所以美光的架构师都不禁感叹我们的研发实力之强,令他们印象深刻。事实上, 如果没有我们团队十多年的技术基础积累和200次流片打磨的经验,这个成果是无法实现的,芯动科技绝对是国内硬科技企业的代表。”

“风华1号”的成功不是靠资本堆砌出来的, 它是芯动团队怀揣芯片报国的使命感,为客户定制而结出的硕果。正如芯动首席算法科学家杨喜乐博士在发布会上所说的,她自从博士毕业之后,在英国Imagination公司,作为顶级架构师,25年来一直从事GPU核心图形引擎的建模和创新,能够回国投身到国产GPU图形引擎的持续创新,她既感到驾轻就熟,又感到十分欣慰!杨喜乐博士是全球GPU芯片领域从几何物理渲染到计算引擎领域的知名专家,持有GPU 3D计算机图形学核心领域顶级图形专利共计125项,目前Imagination、苹果等公司最新的核心GPU产品的设计、优化和迭代都离不开她的专利和算法。她在芯动科技提出了性能优越的下一代创新GPU架构和方法,带领来自全球顶尖GPU企业的专家团队,推动国产GPU的发展,助力国产GPU自主可控。杨博士在发布会上生动讲述了GPU技术的前世今生, 以及为什么芯动团队能够做好GPU。杨博士感叹, 这绝不像互联网的同质化竞争,“现代GPU的理论基础太深、开发应用坑太多了,技术发展日新月异,竞争极其激烈。要拿出一款对标行业先进水平的图形GPU,且流畅兼容各种应用,绝不是一朝一夕的事,对团队紧密协作能力要求很高,必须踏踏实实地长期市场化打磨,靠PPT烧钱只会是死路一条。没有一个跨多领域和有大量流片交付经验的复合型技术团队,不懂GPU底层算法架构和软硬件创新,不能根据实际情况和自身实力长期潜心持续演进架构和开发,不可能在这个领域成功。风华1号的诞生,倾注了数百名芯动GPU工程师的心血,其中凝聚了芯动自有的众多技术积累和来自世界著名GPU公司的顶尖人才的联合参与,风华1号仅仅是个开始,风华2号和3号已经在路上了”。

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世界知名GPU图形学专家杨喜乐博士分享GPU的前世今生

芯动DX团队负责人、前AMD的图形框架开发的领军人物张涛表示,“投身芯动开发GPU软件感觉非常棒!芯动团队从老板到员工,都是专心做事的文化,没有政治斗争,大家团结互助一起努力,这样的团队没有理由不成功!欢迎更多的有识之士加入我们,一起成就国产GPU大业。明年我们就会发布我们风华显卡Windows操作系统的DX框架。”

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来自AMD的领军人物张涛先生畅谈加入芯动科技的工作感受

在谈到风华1号的架构时,芯动科技SoC体系架构师何颖先生十分形象地展示了全球知名GPU架构演进和风华1号的架构开发过程,“现代GPU架构已经被成千上万专利所保护,没有哪个初创公司的GPU架构是自己完全从无到有开发出来的,大家无一例外都是在一定授权基础上的开发,那些宣称架构完全自研的初创公司,都是经不起深究的。我们获得授权的架构和苹果M1的GPU一样,并针对未来国产GPU生态建设和国内使用环境进一步深度定制,加上我们自研的核心技术和大量创新,确保了国产GPU持续演进和自主可控。”

在发布环节,芯动云计算总裁敖海先生正式发布了“风华1号”的各项参数和性能,现场进行了大屏幕4K级演示。“风华1号”显卡无论是在国产办公、桌面重度渲染、GIS地图、国产EDA/CAD软件,还是重度游戏benchmark渲染上,都展示了游刃有余的流畅。强劲的实力,引得现场观众阵阵惊叹。无怪乎到场的国产EDA公司--芯和半导体CTO代文亮博士激动地上台表示,“风华1号”的诞生恰逢其时,他对“风华1号”能够支持芯和和华大九天的国产EDA工具感到非常振奋,对芯动科技“锲而不舍,众志成城”的企业文化和芯动人强悍的执行力赞不绝口。

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芯动云计算总裁敖海先生概括“风华1号”GPU多个第一

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芯动云计算总裁敖海先生现场演示“风华1号”GPU OpenGL4.0重度应用Heaven

敖海在发布会结尾总结道,“我们的使命是让风华GPU走进千家万户,让大家习惯用国产的GPU办公和娱乐。‘风华1号’是芯动人努力和成果的结晶,这只是风华系列GPU赋能国产生态的开始。芯动正在加紧与合作伙伴进行‘风华1号’适配调优,在向数据中心和国产桌面GPU 等合作伙伴送样的同时,新一代GPU芯片已经在路上了。先进工艺的强悍迭代能力是芯动的固有优势,我们靠自有IP和定制能力以及代工厂合作伙伴的支持,不断演进先进技术,确保性能持续领先、供应链安全和优势性价比。芯动计划在未来三年里持续每年量产两颗以上、性能不断大幅度提升的GPU芯片, 并满足用户的定制需求。明年初‘风华2号’和‘风华3号’将接踵而至, 2022年我们计划投片5纳米加光追技术,赋能国产GPU产业链我们志在必得,请大家拭目以待”。

“风华1号”的诞生正当其时, 填补了国产4K级桌面显卡和服务器显卡两大空白,支持国产新基建5G数据中心、桌面、元宇宙、云游戏、云桌面等千亿级产业。“风华1号”是芯动赋能国产GPU生态链的开始,相信不久的将来,国产高性能GPU就会走进千家万户,全球客户都可以使用风华GPU,在办公、娱乐中体验科技带来的流畅和快乐!

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