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AI與邊緣計算的崛起：技術變革的關鍵時刻

人工智能（AI）與邊緣計算正深刻改變我們的生活。從ChatGPT到Meta智能眼鏡，AI技術已成為日常不可或缺的一部分。然而，隨著AI應用場景的不斷擴展，傳統(tǒng)云計算在實時性、隱私保護和帶寬方面逐漸暴露出瓶頸。尤其是在自動駕駛、智慧醫(yī)療和工業(yè)自動化等領域，毫秒級的延遲可能導致關鍵決策失誤。邊緣計算應運而生，成為解決這些問題的關鍵技術。通過將數(shù)據(jù)處理移至更靠近數(shù)據(jù)源的設備端，邊緣計算實現(xiàn)了更低延遲、更高安全性和更高效率的AI計算模式。

這一技術轉型的核心驅動力是神經(jīng)處理單元（Neural Processing Unit, NPU）的發(fā)展。NPU賦予小型化設備強大的計算能力，降低了數(shù)據(jù)傳輸?shù)难舆t與成本，同時提升了隱私安全性，使AI能夠在更多場景中落地。

視覺AI：改變世界的關鍵應用

視覺AI正在從醫(yī)療診斷到自動駕駛等領域廣泛應用，深刻影響著各大產(chǎn)業(yè)的運作模式。以下是視覺AI的主要應用場景：

- 智能監(jiān)控：通過實時目標檢測、行為分析與入侵預警，提升城市安全。

- 智慧零售：分析顧客行為，優(yōu)化購物體驗與銷售策略。

- 醫(yī)療影像分析：協(xié)助醫(yī)生進行疾病診斷，提高醫(yī)療準確性。

- 工業(yè)質檢：自動化檢測產(chǎn)品瑕疵，提升制造業(yè)質量與效率。

- 高級輔助駕駛系統(tǒng)（ADAS）：分析道路環(huán)境與障礙物，提升行車安全。

- 農(nóng)業(yè)監(jiān)測：監(jiān)測作物健康狀況，優(yōu)化農(nóng)業(yè)管理。

- 自走車與機械手臂：應用于物流、制造業(yè)等場景，提升自動化水平。

- 無人機影像分析：進行地形測繪、災害評估與基礎設施檢查。

當AI與邊緣計算結合后，這些應用將變得更高效、更可靠，進一步貼近人們的實際需求。

i.MX 95：高性能邊緣計算平臺的技術突破

恩智浦（NXP）推出的i.MX 95應用處理器系列，以其強大的多核心架構，為高性能和實時應用提供了堅實基礎。該系列處理器配備六個Arm Cortex-A55核心、一個Arm Cortex-M7核心和一個Arm Cortex-M33核心，支持應用層、系統(tǒng)層和實時處理的卓越性能。

為了提升AI應用效率，i.MX 95系列整合了NXP的eIQ Neutron神經(jīng)處理單元（NPU），提供高達2 TOPS（每秒萬億次運算）的計算能力。例如，在運行物體檢測模型YOLOv5時，處理單張圖片僅需約5毫秒，展現(xiàn)了極高的運算速度。此外，該系列還配備了先進的影像處理單元（ISP）和2D/3D圖形處理器（GPU），支持4K分辨率下每秒60幀的編解碼能力，確保圖像流的優(yōu)化。

圖2 i.MX 95 方塊圖示意圖

豐富的接口支持多樣化應用場景

i.MX 95系列提供多種I/O接口，滿足不同應用需求：

MIPI-CSI：支持多個攝像頭的連接 (最高支持 8 路)，適用于高分辨率圖像采集，滿足先進的圖像處理和機器視覺應用需求。

以太網(wǎng)接口：配備 1 個 10GbE 和 2 個 Gb 以太網(wǎng)接口，支持時間敏感網(wǎng)絡(TSN)、音視頻橋接(AVB) 和 IEEE 1588 同步協(xié)議，確保高速且精確的數(shù)據(jù)傳輸，適用于工業(yè)自動化和車載網(wǎng)絡等需要高可靠性和低延遲的應用。

USB 接口：提供 1 個 USB 3.0 Type C 和 1 個 USB 2.0 Type C 接口，支持高速數(shù)據(jù)傳輸和多種外接設備，提升系統(tǒng)的擴展性和靈活性。

CAN FD 接口：具備 5 個 CAN FD 接口，適用于車輛和工業(yè)控制系統(tǒng)，提供可靠的通信能力，支持更高的數(shù)據(jù)速率和更高效的數(shù)據(jù)傳輸。

串行通信接口：支持 8 個 UART、8 個 I2C、8 個 SPI 和 2 個 I3C 接口，提供多樣化的通信選項，方便與各種傳感器、執(zhí)行器和其他外圍設備的連接。

模數(shù)轉換器（ADC）：包含 1 個 8 通道、12 位ADC，適用于精確的模擬信號測量，如傳感器數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控應用。

FlexIO 接口：提供 2 個 32 引腳的 FlexIO 接口，可配置為 UART、SPI、I2C 和 I2S 等通信接口，增加系統(tǒng)設計的靈活性，滿足特定應用需求。

PCIe 接口：配備 2 個 PCIe Gen 3 通道，支持高速數(shù)據(jù)傳輸和擴展，適用于連接高性能外設，如高速存儲設備和網(wǎng)卡。

MIPI-DSI 顯示接口：支持高達 350 MHz 的 MIPI-DSI，采用四通道配置，每個通道的數(shù)據(jù)傳輸速率為 2.5 Gbps，能夠實現(xiàn) 4K 分辨率 (每秒 30 幀) 或 3840x1440 分辨率 (每秒 60 幀) 的顯示輸出，滿足高分辨率顯示需求。

LVDS 顯示接口：支持最高 1080p@60fps 的 LVDS 傳輸，可配置為 2 組 4 通道或 1 組 8 通道，提供靈活的顯示接口選項，滿足不同的顯示應用需求。

AI功能展示：從物體檢測到深度估計

基于i.MX 95的AI攝像頭或工業(yè)電腦，結合NPU、GPU和ISP技術，能夠實現(xiàn)多種AI功能，包括：

物體檢測(Object Detection)：識別并定位圖像中的各種物體。

肢體識別(Pose Estimation)：分析人體姿態(tài)，追蹤關鍵點位置。

物體分割(Object Segmentation)：將圖像中的物體從背景中分離出來。

工地安全帽檢測(Construction Helmet Detection)：確認工人是否佩戴安全帽。

車輛檢測(Vehicle Detection)：識別并追蹤車輛。

口罩檢測(Mask Detection)：判斷人員是否佩戴口罩。

水果檢測(Fruit Detection)：識別不同種類的水果。

人體特征點檢測(Human Keypoint Detection)：定位人體關鍵點。

手部骨架檢測(Hand Skeleton Detection)：追蹤手部關節(jié)位置。

深度估計(Depth Estimation)：估計圖像中物體與相機之間的距離。

這些功能以每秒30幀的速度處理影像，僅占用一個CPU核心，大幅減輕了系統(tǒng)負擔，滿足邊緣計算的高效需求。

推動AI計算平臺的未來發(fā)展

NXP通過 NXP (恩智浦) 在推動人工智能(AI) 計算平臺方面展現(xiàn)了卓越的進步。通過 eIQ 能夠快速應用 TensorFlow、TensorFlow Lite、ONNX、Keras 等深度學習框架。如同下圖所示，只需將影像、聲音等相應的數(shù)據(jù)委托(Delegate) 給任意一個深度學習框架進行推理，即可快速解析神經(jīng)網(wǎng)絡架構以獲得結果。而該框架將通過 Neutron Delegate 進行優(yōu)化加速運算處理。經(jīng)實際測試，YOLOv5s 目標檢測，推理速度約可達到每秒 190 幀 (FPS)。

圖4 NXP I.MX95 EVK深度學習應用示意圖

從 i.MX 8M Plus、i.MX 93 到最新的 i.MX 95 系列，性能提升顯著，特別是在物體檢測等常見 AI 應用中，運算速度大幅提高。即使在物理規(guī)格相近的情況下 i.MX 95 的神經(jīng)處理單元(NPU)相比于 i.MX 8M Plus，運算速度更快。提升了近四倍。

圖5 i.MX 95 AI 性能示意圖

i.MX 95 系列處理器不僅具備強大的運算能力，還提供豐富且多樣化的 I/O 接口配置。這使開發(fā)者能夠靈活地連接各種外設，滿足不同應用場景的需求，提供高度的設計自由度和擴展性。實際應用中，這些處理器展現(xiàn)了極大的靈活性，可廣泛應用于物聯(lián)網(wǎng)(IoT)、工業(yè) 4.0、自動駕駛等領域。充分實現(xiàn)邊緣計算(Edge Computing) 的概念，創(chuàng)造更高的應用價值。

另外，NXP 為開發(fā)者提供了強大的工具，助力他們在各種創(chuàng)新應用中實現(xiàn) AI 能力。

eIQ 工具包用于端到端模型開發(fā)和部署

eIQ模型水印技術

eIQ 示例

eiq模型庫

nxp-nnstreamer-示例

GUI 指南

由WPI提供的AI演示

WPI 提供的 ATU 模型庫

?展示板照片

?方案方塊圖

?核心技術優(yōu)勢

◆ 搭配算力 2 TOPS 的 eIQ Neutron 神經(jīng)處理器(Neural Processing Unit，NPU)，具備強大的機器學習推理能力。相比廣為人知的圖形處理器(Graphics Processing Unit，GPU)，更省電、效率更高，是專門為深度學習和人工智能設計的處理器！

◆ 獨立 SOM 開發(fā)板設計，并搭配強大的 NXP i.MX 95 芯片，可根據(jù)需求自由配置 I/O 接口，與 SOM 搭配使用。這種靈活性使開發(fā)者能夠針對特定應用場景設計符合需求的硬件平臺，充分發(fā)揮 i.MX 95 芯片的性能和功能。

◆ 結合 I/O 開發(fā)板能夠提供齊全的周邊配置。例如高清多媒體接口(HDMI)、低壓差分信號技術接口(LVDS)、以太網(wǎng)(Ethernet)、控制器局域網(wǎng)(CAN bus)、異步收發(fā)傳輸器(UART)、通用串行總線接口(USB Type A/C)、3.5 mm 耳機音頻接口、攝像頭數(shù)據(jù)傳輸接口(MIPI-CSI)、顯示數(shù)據(jù)傳輸接口(MIPI-DSI)、M.2 - PCIe 3.0 傳輸接口。

◆ 可快速上手應用 eIQ / PyeIQ 機器學習開發(fā)環(huán)境，提供 TensorFlow、TensorFlow Lite、ONNX、Keras、Pytorch 等多種深度學習框架的應用示例。

?方案規(guī)格

MPU (NXP i.MX95, MX95LPD5EVK-19CM) 核心規(guī)格：

◆ 強大的六核 Arm Cortex-A55 處理器，主頻高達 1.8 GHz

◆ eIQ Neutron 神經(jīng)處理單元，性能高達 2 TOPS

◆ 雙圖像信號處理器(ISP)，支持 RGB-IR 格式

◆ 兩個 MIPI-CSI 攝像頭接口，用于視覺處理應用

◆ 強大的 3D/2D 圖形加速(Arm Mali-G310)

◆ 強大的視頻編碼器和解碼器，支持高達 4Kp60 幀率 (包括 JPEG、H.264 和 H.265)

◆ 高清顯示：MIPI-DSI 支持 4Kp30，LVDS 支持 1080p

◆ 內(nèi)置 eMMC 5.1，存儲容量為 64GB

◆ 支持外部內(nèi)存，數(shù)據(jù)速率高達 6.4 GT/s，32 位接口，支持 LPDDR5/LPDDR4X