機器人降本增效福音！AMD甩出系統(tǒng)模塊利器，大降能耗成本，新手也能速成

作者 |??ZeR0，編輯?|??漠影

面向成本敏感型邊緣應(yīng)用，加快設(shè)計高能效量產(chǎn)就緒型解決方案。

智東西9月19日報道，剛剛，AMD宣布面向工業(yè)和商業(yè)的邊緣應(yīng)用，推出重磅新品AMD Kria K24系統(tǒng)級模塊（SOM），并同步發(fā)布與K24 SOM配套的KD240驅(qū)動器入門套件。

這是Kria系列自適應(yīng)SOM及開發(fā)者套件產(chǎn)品組合的最新力作。相比AMD的消費級芯片、服務(wù)器芯片，“系統(tǒng)級模塊”可能相對不那么耳熟而詳，這是AMD近年來一直在布局的一步重棋——對于一些有業(yè)務(wù)門檻的市場，如果客戶想根據(jù)業(yè)務(wù)來設(shè)計自家芯片，那么系統(tǒng)模塊會是一種更高效的選擇，能夠顯著降低設(shè)計門檻。

作為小尺寸嵌入式板卡級設(shè)計，K24 SOMl可直接插入最終產(chǎn)品進(jìn)行部署。值得一提的是，借助InFO封裝技術(shù)，AMD將Kria K24 SOM的尺寸縮至只有信用卡一半大小，同時功耗也是連接器相兼容的更大尺寸Kria K26 SOM的一半。

據(jù)AMD工業(yè)、視覺、醫(yī)療與科學(xué)高級總監(jiān)Chetan Khona在媒體溝通會上分享，目前全球只有兩家公司獲得了這樣的技術(shù)。

尤其在工業(yè)、醫(yī)療設(shè)備等大量依賴電力的場景，作為各種電器或機械動力源的電機，是最常見且最關(guān)鍵的設(shè)備之一。而K24 SOM能夠支持下圖所示所有類型的電機，包括最受歡迎的無刷直流電機，以及無刷直流電機中最有名的伺服電機。

Chetan Khona告訴智東西，在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)時代，經(jīng)常需要多項任務(wù)同時進(jìn)行，電機控制系統(tǒng)也需同時處理多軸，而Kria產(chǎn)品的一大優(yōu)勢便是能將多軸集成，以此來控制成本。

其他優(yōu)勢還包括低功耗、低時延、高確定性等，這使得K24 SOM能夠在需要密集數(shù)字信號處理和傳感融合的應(yīng)用場景中大展身手，出色地應(yīng)對DSP相關(guān)應(yīng)用以及與之相配套適應(yīng)的設(shè)計流程。

01.大降工業(yè)能耗與電力成本?AMD甩出系統(tǒng)模塊妙招

機器人開發(fā)常被稱為系統(tǒng)集成的藝術(shù)，這是因為其開發(fā)非常復(fù)雜，開發(fā)者很難自己開發(fā)所有要素，經(jīng)常需要使用一些預(yù)購器件和元素。也正因此，無論是工廠自動化機器人、倉儲機器人還是其他工業(yè)機器人，都是Kria SOM能夠發(fā)揮核心優(yōu)勢的核心應(yīng)用場景之一。

在工業(yè)場景，電機正源源不斷地帶來了驚人的用電量——根據(jù)國際能源署調(diào)查，電機足足消耗了全球工業(yè)能源總用量的約2/3。

要將扭矩、速度及應(yīng)變速達(dá)到最大，同時使能耗降到最低，離不開電機驅(qū)動系統(tǒng)。在迫在眉睫的節(jié)能減排之下，如何從電機驅(qū)動系統(tǒng)來優(yōu)化復(fù)雜電機的控制系統(tǒng)以及控制電機的電度，已經(jīng)日漸成為控制用電量的一項焦點議題。

Kria K24 SOM，便是AMD交出的最新答卷。

電機驅(qū)動系統(tǒng)有三要素：驅(qū)動器、電子電力器件、電機。電機本身一般是帶磁的；有些電機是和驅(qū)動放在一起的，和電子電力器件是分開的；也有一些小的伺服電機，把所有的三個部分都放在一起，形成一個單元。而K24 SOM非常靈活，能夠支持所有的布局。

在工業(yè)4.0時代，電機控制系統(tǒng)的職能不僅是控制電機這么簡單。如果微控制器（MCU）只是控制一個單軸的電機，它能夠不錯地完成。但工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的大環(huán)境中，經(jīng)常有多項任務(wù)需要同時進(jìn)行，電機控制系統(tǒng)也需要處理很多的軸，還要顧及功能安全、網(wǎng)絡(luò)安全、人工智能（AI）、預(yù)測性維護(hù)等等。

面臨這些復(fù)雜的需求，MCU就撐不住了。相比之下，集成了自適應(yīng)計算技術(shù)的K24 SOM不僅具備將多軸集成的優(yōu)勢，還能夠支持以上所述的所有功能，能夠提供適應(yīng)多類應(yīng)用的靈活性。

K24 SOM提供了高水平確定性和低時延，適合為邊緣端計算密集型數(shù)字信號處理（DSP）應(yīng)用中的電氣傳動和電機控制器供電。用戶可以用它來降低能耗、增加扭矩及優(yōu)化其它性能，以及進(jìn)行預(yù)測性維護(hù)和OTA、降低噪音和震動，提升電機的生命周期。

不止是工業(yè)機器人，從公共交通、電動汽車充電站到其他發(fā)電系統(tǒng)，從手術(shù)機器人、磁共振成像（MRI）床體等醫(yī)療設(shè)備到農(nóng)業(yè)空中系統(tǒng)，電機無處不在，并涉及到密集的數(shù)字信號處理以及器件上采集數(shù)據(jù)的融合，這些都給K24 SOM帶來了巨大的市場需求。

02.以小尺寸提供高能效計算?支持運行深度學(xué)習(xí)AI推理

Kria K24 SOM是一個基于Arm處理器系統(tǒng)的可編程邏輯器件（FPGA），提供工業(yè)和商業(yè)兩種版本，專為10年工業(yè)生命周期而打造。除了支持?jǐn)U展的溫度范圍，工業(yè)級SOM還包括用于高可靠性系統(tǒng)的具有ECC保護(hù)的LPDDR4內(nèi)存。

新推出的K24 SOM是之前的K26 SOM的補充，基于同樣的Zynq UltraScale+ MPSoC架構(gòu)，同樣內(nèi)置A53四核和雙R5F處理器，連接器與K26 SOM兼容。這樣設(shè)計的好處是具備可擴展性，可以實現(xiàn)K24 SOM和K26 SOM之間無縫遷移，而不需要讓客戶更換板卡。

相比K26 SOM，K24 SOM對于關(guān)注小尺寸、低功耗、低成本的需求是更理想的選擇。

由于采用了集成扇出（InFO，Integrated Fan-Out）封裝技術(shù)，實現(xiàn)了更小型封裝MPSoC器件，K24 SOM更加緊湊，尺寸只有信用卡大小的一半，與此同時，功耗也是連接器相兼容的更大尺寸Kria K26 SOM的一半。K24 SOM采用的MPSoC架構(gòu)，在提供多功能性和自適應(yīng)計算能力的基礎(chǔ)上實現(xiàn)了混合關(guān)鍵性，即可以輕易控制不同任務(wù)間的優(yōu)先級，也可以通過使用MPSoC來確保功能安全性，提升網(wǎng)絡(luò)安全，還內(nèi)置有人機界面（HMI）。

可編程的I/O接口使其能與環(huán)境、方向、視覺等傳感器進(jìn)行連接。K24 SOM能夠支持從EtherCAT到TSN的40多種工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，并支持最新的22.04 Ubuntu OS，I/O接口數(shù)量比K26 SOM少，LPDDR數(shù)量是K26的一半。工業(yè)級K24 SOM的2GB LPDDR4支持ECC內(nèi)存，還支持AI推理深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理單元。

Chetan Khona告訴智東西，Kria SOM本身對AI的處理能力很強，但現(xiàn)階段會更側(cè)重于處理嵌入式應(yīng)用中其他先進(jìn)、復(fù)雜的任務(wù)。他也分享了生成式AI在工業(yè)場景的發(fā)展近況：當(dāng)前生成式AI模型還沒有在工業(yè)場景中運用于嵌入式的應(yīng)用，這類應(yīng)用可能會隨著時間的推移在未來出現(xiàn)。

03.自適應(yīng)技術(shù)四大優(yōu)勢加持，如何助攻電機實現(xiàn)最佳功效？

相比嵌入式計算中的其他架構(gòu)，像FPGA這樣的自適應(yīng)技術(shù)有四大優(yōu)勢：

第一，低時延。處理相同任務(wù)時，傳統(tǒng)DSP的處理方式動輒需要200個時鐘周期，而基于FPGA的自適應(yīng)SoC是完全并行的，只需1個時鐘周期就能完成200次操作，所以能帶來時延優(yōu)勢。

第二，低功耗。相比傳統(tǒng)方式，F(xiàn)PGA的時鐘速度可以更慢，也更省電，200 MHz即可。

第三，靈活應(yīng)變性。開發(fā)者可以在功耗、時間及時鐘速度方面進(jìn)行取舍，即實現(xiàn)時分復(fù)用，例如能根據(jù)具體任務(wù)進(jìn)行調(diào)整，不需要在1個時鐘周期內(nèi)完全200次操作，只要在4個時鐘周期內(nèi)進(jìn)行200次操作。

第四，獨立性。如果是多訪問的電機控制應(yīng)用，用一個電路來控制多個電機會稀釋性能，這時就更適合用FPGA硬件來控制回路。

Chetan Khona認(rèn)為，要通過控制算法和控制流程的優(yōu)化來實現(xiàn)電機的最佳功效，僅靠控制電機的算法是不夠的。

首先要優(yōu)化電子電力器件材料，比如采用碳化硅、氮化鎵等等。這將有助于提升切換的速度，尤其是對DSP能力要求非常高的場景，在這種情況下使用K24 SOM能更好地提升能效。

其次，電子電力器件的顆粒度控制和速度至關(guān)重要，能夠提升電源響應(yīng)、能源消耗等情況，K24 SOM相關(guān)技術(shù)也能夠解決這方面的問題。

第三，有電機控制算法方面的專業(yè)知識。AMD有兩個解決方案：一是正在建立自己的電機實驗室，二是和行業(yè)伙伴一起開發(fā)和完善生態(tài)系統(tǒng)，并以此提供一些電機控制的素材。

據(jù)Chetan Khona分享，在功能安全性方面，通過K24 SOM可以實現(xiàn)很多功能整合，無論是將兩個單芯片合成一個芯片，還是做電機的多種整合，都能在整個系統(tǒng)層面大幅降低能耗和成本。

04.搭配KD240驅(qū)動器入門套件簡化DSP開發(fā)并加速設(shè)計周期

與K24 SOM配套的KD240驅(qū)動器入門套件是一款價格399美元、基于FPGA的電機控制套件，其功耗大約在5到10瓦范疇，具體要看電機的負(fù)載情況。

該入門套件的主要特點是開箱即用，基于電機控制的開發(fā)平臺使用。開發(fā)者不需要具備FPGA編程專業(yè)知識，就能在等待客戶構(gòu)建硬件期間，先用這個入門套件來進(jìn)行K24 SOM的開發(fā)，如果是電機控制，不到1小時即可完成啟動過程，因此能讓開發(fā)者能更快介入開發(fā)流程，加快電機控制和DSP應(yīng)用上市進(jìn)程。

與其它基于處理器的控制套件相比，KD240支持開發(fā)人員在設(shè)計周期中更為成熟的節(jié)點入手，使入門級人員也能輕松使用。

AMD早先發(fā)布的KR260可以用于機器人的行動和傳動，KV260是視覺AI，可以用于攝像頭與系統(tǒng)中的視覺來輔助導(dǎo)航。而今日發(fā)布的KD240驅(qū)動器入門套件則可以看作是機器人的肌肉，用來控制機器人的行動和傳動。

KD240的大小和之前發(fā)布的入門套件相當(dāng)，頂端有micro SD、多個USB、以太網(wǎng)、CAN的接口，右側(cè)和底部有跟電機、傳感器的連接接口，左下角是主要是用于擴展的Pmod。

通過推出KD240入門套件，AMD率先提供了預(yù)構(gòu)建的電機控制應(yīng)用，使用戶能夠創(chuàng)建可靠、可用且具有高級安全功能的高能效工業(yè)解決方案。KD240由可選的電機配件包（MACCP）提供支持，未來還將提供可單獨購買的附加電機套件，為開發(fā)人員帶來強化的加速體驗。

據(jù)悉，用于量產(chǎn)的商業(yè)版K24 SOM和KD240驅(qū)動器入門套件現(xiàn)在起直接可訂購，也可以通過全球渠道分銷商訂購。K24 SOM商業(yè)版、KD240電機配件包即日上市，工業(yè)版K24 SOM預(yù)計今年年底前供貨。

05.軟件開發(fā)門檻一降再降?不懂FPGA也能快速上手

在打造高性能和自適應(yīng)產(chǎn)品方面，AMD為AI開發(fā)者、軟件開發(fā)人員、硬件開發(fā)人員持續(xù)降低開發(fā)門檻所做的種種努力，對于很多芯片企業(yè)來說都具有參考價值。

考慮到一些開發(fā)人員并沒有接觸過自適應(yīng)計算，或者不熟悉FPGA設(shè)計流程，AMD Kira系列產(chǎn)品支持Python、MATLAB Simulink、ROS2、AI框架等非自適應(yīng)計算的工具，并推出面向邊緣應(yīng)用的應(yīng)用商店（App Store），讓不具備傳統(tǒng)FPGA專業(yè)知識的客戶也能輕松上手。

K24 SOM能夠支持的范疇包括Python等語言、控制系統(tǒng)開發(fā)人員經(jīng)常使用的MATLAB Simulink等常見的設(shè)計工具，PYNQ框架廣泛的生態(tài)系統(tǒng)，并支持Ubuntu操作系統(tǒng)和Docker等引擎。軟件開發(fā)人員也可在使用AMD Vitis電機控制庫的同時，保持對傳統(tǒng)開發(fā)流程的支持。

其另一大特色在于應(yīng)用商店，里面提供了很多的參考設(shè)計，方便用戶下載或參考，從KV260到KR260、KD240，AMD預(yù)計今年年底會有超過25款應(yīng)用在這個應(yīng)用商店里推出。

機器人公司Rev Robotics的首席執(zhí)行官Greg Needel對Kria SOM給予了高度評價：“借助Kria SOM，我們能夠簡化高級控制環(huán)路算法的開發(fā)，適應(yīng)不斷變化的軟件與硬件需求，并為商業(yè)和STEM教育客戶構(gòu)建真正炫酷的產(chǎn)品?！?/p>

Rev Robotics 2合1電機套件配件能幫助用戶實現(xiàn)不同的KD240設(shè)置，可制作一個簡易的機械臂，同時配備可選視覺AI的射球器，能和USB攝像頭進(jìn)行連接，用AI幫助瞄準(zhǔn)。該配件將在今年晚些時候問世。

06.結(jié)語：“互補性”布局+“組合拳”打法?橫掃工業(yè)及商業(yè)邊緣應(yīng)用的多元需求

“AMD Kria K24 SOM和KD240開發(fā)平臺建立在Kria SOM產(chǎn)品組合帶來的突破性設(shè)計體驗之上，為機器人、控制、視覺AI和DSP應(yīng)用提供了解決方案?！盇MD核心垂直市場副總裁Hanneke Krekels總結(jié)說，“系統(tǒng)架構(gòu)師必須滿足日益增長的性能和能效需求，同時還要降低成本。K24 SOM能以小尺寸提供高每瓦性能，并將嵌入式處理系統(tǒng)的核心組件安裝在單塊量產(chǎn)就緒型板卡上，以加速上市進(jìn)程?！?/p>

從Kria產(chǎn)品組合的布局可以看到，AMD并不急于迭代同類產(chǎn)品的迭代升級版本，而是更多基于互補原則，循序漸進(jìn)地推出能夠通過組合拳滿足更廣泛應(yīng)用需求的不同定位產(chǎn)品，包括三個入門套件以及K24 SOM和K26 SOM兩個量產(chǎn)型SOM。

無論是考慮多功能、易用性還是降低工業(yè)能耗，AMD最新推出的高能效K24 SOM都為電機控制及數(shù)字信號處理提供了一個優(yōu)異的解決方案。再加上其帶來的可擴展特征，有望在整個Kria產(chǎn)品組合產(chǎn)生一個重塑效應(yīng)，進(jìn)而為工業(yè)及商業(yè)邊緣應(yīng)用產(chǎn)生的多元化需求提供更適配的支撐。