特別是隨著智慧型手機的感測器數量持續增加,提高了設計的複雜度以及管理上的挑戰;另一方面也帶動DHP技術為FPGA開啟創新的行動應用。

相較於目前利用手機應用處理器(AP)或微控制器(MCU)管理感測器的方式,萊迪思半導體(Lattice Semiconductor)最新推出可編程行動異質運算(MHC)解決方案,為手機、IoT與穿戴式裝置等行動應用帶來網路或PC長久以來所使用的DHP技術,不僅可作為感測器中樞管理迅速增加的感測器,並進一步降低裝置功耗。

分散式異質處理

隨著智慧型手機等行動終端的功能提升,過去幾年來著眼於雲端資料處理與分析的巨量資料概念,已逐漸轉向在手機上進行預處理(本地深度學習),未來還將進一步透過分散式處理,實現低功耗、即時感知、預運算以及各種人機互動等任務。

20170116 Lattice NT32P1 透過分散式異質處理(DHP)進行本地處理,可降低功耗並加速回應

Lattice亞太區資深事業發展經理陳英仁指出,「新一代的行動裝置必須在性能提升的同時也保持低功耗,然而在本地進行處理時,由於處理器十分耗電,因此透過DHP將一些簡單的任務交給協同處理器或FPGA進行預處理,必要時再喚醒主晶片,才能維持低功耗以及更長的待機時間。」

FPGA朝向行動化發展

大型資料中心為了降低功耗,往往為其伺服器導入FPGA,如今,這項技術也開始朝向穿載式裝置等行動化發展。陳英仁說,FPGA能夠應用在功耗驚人的資料中心,滿足其快速搜尋和重複數位處理所需要的異質運算功能,同樣也適用於低功耗的穿載式裝置,提供感測器資料聚合與預處理所需的異質運算功能,並使其功耗降低到微瓦級。

DHP技術讓FPGA得以扮演靈活的感測器中樞角色,以低延遲的資料同步擷取與資料處理,取代了MCU的感測器管理任務。「在同步擷取來自不同或多組感測器的訊號後透過DHP進行預處理,分析是否需要喚醒主處理器進行下一步任務,除了降低功耗、加速回應,還能免於反覆啟動/關閉多核心AP作業以節省資源。」

再者,由於當今手機的機械設計已經發展為必須透過軟性線纜連接的兩塊PCB,然而,電池與LCD螢幕佔據大部份面積而使得空間受限,提供各種功能的感測器又越來越多,從而提升了設計的複雜度。FPGA在此則變身I/O中樞,以低走線數與高頻寬支援各種常見的介面,克服了PCB的佈線挑戰。

iCE40 UltraPlus FPGA

因應市場對於多路感測器資料同時擷取與同步採樣的需求,Lattice最新推出待機功耗低於35uA的DHP解決方案——iCE40 UltraPlus FPGA,支援瞬間啟動與環境感知應用,並較前一代產品提供8倍以上的記憶體(1.1Mb RAM)、2倍的數位訊號處理器(8個DSP),並新增了I3C、VGIO與MIPI-DPHY等效能更佳的I/O。此外,相較於前一代UltraLite與Ultra系列著重於影像橋接,最新的UltraPlus FPGA更強調I/O、感測器中樞以及在小型PCB上的佈線問題。

「透過單一PCB佈線聚合GPIO、SPI、UART、I2C和I3C等多種訊號,能夠解決佈線連接問題,降低系統成本並簡化設計。」此外,多款封裝尺寸及其可編程特性,使其成為智慧型手機、穿戴式裝置、無人機、360度攝影機、人機介面(HMI)、工業自動化以及安全與監控產品的理想選擇。

陳英仁介紹,iCE40 UltraPlus FPGA支援即時感測器、低延遲與波束成形等高階功能,適用於為行動裝置增強互連,以及擴展更多創新應用,例如為攝影鏡頭應用實現橋接、深度/距離運算、運動偵測、臉部與手勢辨識;智慧手錶等穿戴式裝置的多層影像加速、訊框緩衝與橋接;數位家庭的遠場語音陣列,以多支麥克風連接至低功耗FPGA實現高品質音訊;在IoT邊緣應用中支援資料緩衝與預處理,以及透過單個2線介面擴展至多個I/O,實現訊號聚合應用等;未來還將進一步擴展至AR/VR等應用。

20170116 Lattice NT32P2 採用iCE40 UltraPlus FPGA的攝影鏡頭應用,可直接支援MIPI D-PHY