| 저전력 폼 팩터 시스템 에지 인텔리전스 지원
| 고속 이미징 솔루션 수요 증가에 대응하는
| 스마트 임베디드 비전 이니셔티브

네트워크 에지에서 컴퓨팅 집약적인 비전 기반 시스템들이 통합되면서 FPGA(Field Programmable Gate Arrays)는 차세대 설계를 위한 유연한 플랫폼으로 자리매김하고 있다.

이러한 지능형 시스템은 고대역 처리 능력을 필요로 하는 것은 물론 열 및 파워 제약 조건이 까다로운 소형 폼팩터에 배치된다.

마이크로칩 테크놀로지는 개발자들의 빠른 설계를 돕고자 자회사인 마이크로세미(Microsemi)를 통해 마이크로칩의 저전력 ‘폴라파이어(PolarFire) FPGA’를 통해 지능형 머신 비전 시스템 설계의 솔루션을 제공하는 ‘스마트 임베디드 비전 이니셔티브(Smart Embedded Vision initiative)’를 16일 발표했다.

마이크로칩은 이를 통해 새롭게 향상된 고속 이미징 인터페이스, 이미지 프로세싱을 위한 지적 자산(IP) 번들, 확장 파트너 에코시스템을 바탕으로 고해상도 스마트 임베디드 비전 FPGA 제품군을 확장했다.

스마트 임베디드 비전 이니셔티브는 산업, 의료, 방송, 자동차, 우주 항공 및 국방 시장에서 저전력 소형 폼팩터 머신 비전 설계를 위한 IP, 하드웨어 및 툴이 포함된 FPGA 제품군을 제공한다.

이니셔티브의 출시와 함께 마이크로칩은 지능형 비전 시스템의 설계 요건을 해결하고자 다음 요소들을 추가했다.

SDI(Serial Digital Interface) IP는 동축 케이블을 통해 비압축 상태의 비디오 데이터 스트림을 전송하는 데 사용되며, 해당 인터페이스는 HD-SDI(1.485Gbps, 720p, 1080i), 3G-SDI(2.970Gbps, 1080p60), 6G-SDI(5.94Gbps, 2Kp30), 12G-SDI(11.88Gbps, 2Kp60)와 같이 다양한 속도로 제공된다.

일반적으로 산업용 카메라에 사용되는 MIPI-CSI-2는 이미지 센서를 FPGA에 연결하는 센서 인터페이스이다. 폴라파이어(PolarFire) 제품군은 레인 당 최대 1.5Gbps의 수신속도와 1Gbps의 전송 속도를 지원한다.

레인 당 2.3Gbps 속도를 보장하는 SLVS-EC Rx는 이미지 센서 인터페이스 IP로써 고해상도 카메라를 지원하며, 2레인 또는 8레인 SLVS-EC Rx FPGA 코어 구현 또한 가능하다.

폴라파이어 제품군은 이더넷 PHY(Ethernet PHY) 상에서 1, 2.5, 5, 10Gbps의 속도를 지원하여 이니셔티브가 자동협상 기능이 있는 USXGMII(Universal Serial 10 GE Media Independent Interface) MAC IP의 요구를 충족할 수 있도록 한다.

CoaXPress는 고성능 머신 비전, 의료 및 산업 검사에서 사용되는 표준이다. 업계의 표준 로드맵에 맞추어 마이크로칩은 대역폭을 12.5Gbps로 늘린 CoaXPress v2.0을 지원할 예정이다.

HDMI IP 코어는 현재 60fps 전송 시 최대 4K의 해상도, 60fps 수신 시 1080p의 해상도를 지원한다.

폴라파이어 FPGA 이미징 IP 번들은 MIPI-CSI-2를 내장하고 있으며, 색상, 밝기, 대비 조정에 대한 에지 감지, 알파 블렌딩 및 이미지 향상을 위한 이미지 프로세싱 IP를 포함한다.

스마트 임베디드 비전 이니셔티브는 CoaXPress v2.0과 10 GigE 비전에 폴라파이어 FPGA IP 코어를 제공하는 카야 인스트루먼트(Kaya Instruments)를 마이크로칩의 파트너 에코시스템에 도입한다.

해당 에코시스템에는 알마 테크놀로지(Alma Technology), Bitec 및 인공지능 파트너인 ASIC 디자인 서비스(ASIC Design Services)가 포함되어 있다.

ASIC 디자인 서비스는 임베디드 및 에지 컴퓨팅 애플리케이션을 위한 전력 효율적인 합성곱 신경망 네트워크(Convolutional Neural Network; CNN) 기반 이미징 및 비디오 플랫폼을 지원하는 코어 딥러닝(Core Deep Learning; CDL) 프레임워크를 제공한다.

폴라파이어 FPGA 제품군은 경쟁 제품군인 SRAM(Static Random-Access Memory) 기반의 미드레인지 FPGA 대비 총 전력이 30~50% 낮다. 폴라파이어 FPGA는 100K~500K 논리소자(LEs)에 해당하는 제품군을 사용하여 5~10배 낮은 정적 전력을 제공하기 때문에, 열과 전력이 제한된 환경에 배치되는 디바이스를 포함한 컴퓨팅 집약적인 에지 디바이스에 적합하다.

새로운 고속 이미징 IP 코어와 폴라파이어 이미징 IP 번들 이외에도 스마트 임베디드 시스템 구현을 위해 새로운 MIPI-CSI2 기반의 머신 러닝 카메라 레퍼런스 설계를 사용할 수 있다.

마이크로칩의 파트너인 ASIC ASIC 디자인 서비스의 추론 알고리즘을 사용하는 폴라파이어 FPGA 이미징 및 비디오 키트를 기반으로, 레퍼런스 설계가 고객의 평가를 위해 무료로 제공된다.

모든 스마트 임베디드 비전 솔루션은 마이크로칩의 광범위한 개발 도구인 ‘리베로 SoC 디자인 스위트(Libero SoC Design Suite)’에 의해 지원된다.

모든 IP는 스마트 임베디드 비전 설계를 위한 평가 플랫폼인 폴라파이어 FPGA 비디오 및 이미징 키트에서 구현될 수 있다. 현재 다음과 같은 IP코어가 구입 가능하다.

▲HD-SDI(1.485 Gbps, 720p, 1080i) ▲3G-SDI(2.970Gbps, 1080p60) ▲MIPI-CSI-2 ▲2레인 SLVS-EC Rx FPGA 코어 ▲6.25 Gbps CoaXPress v1.1 ▲60 fps 전송 시 4k, 60 fps 수신 시 1080p 해상도를 지원하는 HDMI 2.0

또한 아래와 같은 IP 코어가 계속해서 추가될 예정이며, 2019년 말까지 모든 코어가 지원될 예정이다.

▲6G-SDI(5.94 Gbps, 2Kp30) ▲12G-SDI(11.88 Gbps, 2Kp60) ▲USXGMII MAC ▲8레인 SLVS-EC Rx ▲6.25 Gbps CoaXPress v2.0 ▲60fps 수신 시 4K 해상도를 지원하는 HDMI 2.0b

폴라파이어 이미징 IP 번들은 1,499달러에 구입 가능하며, MPF300-VIDEO-KIT는 999달러에 제공된다.

마이크로칩의 자회사 마이크로세미의 FPGA 사업부 제품 마케팅 부사장인 샤킬 피이라(Shakeel Peera)는 “마이크로칩의 파트너 에코시스템과 함께 IP 및 하드웨어 제품군을 제공하는 것은 고객이 생산 일정을 소화하는 동시에 혁신 역량을 마련하는 데 필수적”이라며, “이는 AI의 채택이 늘어나면서 머신 및 컴퓨터 비전이 빠르게 진화하는 것과 에지 기반 비전 시스템을 보편화해야 할 필요성 때문에 특히 중요하다”고 말했다.