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CPU+FPGA给机器人一个最强大脑

2017-06-23 08:30
Timeless落尘
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能够暴力弹跳的复杂机械装置?各类价格昂贵的传感器?或像EVE那样以萌神外形征服世界?

No,no,no!最重要的是:能在复杂的环境中完成特定工作,做一个有益于人民的机器人(好正的三观!)

为了实现这一崇高目标,机器人要眼观六路,耳听八方,行走天下,胸有丘壑。而这一切都离不开一颗强劲的大脑——高性能计算平台和高效算法。

通用处理器在计算性能和能效上越来越难以满足日益庞大、多样化的数据处理需求。借助由GPU、FPGA和其他智能引擎等协处理器与CPU一起组成的异构计算平台来提升计算性能,已成为当下学术界和工业界的研究热点。异构计算作为一种特殊的并行计算方式,能够根据每个计算子系统的结构特点为其分配不同的计算任务,在提高计算性能、能效比和实时性保障方面体现出传统架构所不具备的优势,逐渐在各种计算需求量较大的场合得到应用。针对数据中心场景,英特尔已经宣布要通过Xeon+FPGA平台和XeonPhi系列产品来推动异构计算的实施。

那么,在我们所关心的机器人领域,情况又是如何?

  一、机器人需要怎样的计算平台

机器人是复杂的机电一体化装置,综合运用了机械与精密机械、微电子与计算机、自动控制与驱动、传感器与信息处理以及人工智能等多学科的最新研究成果。

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为了将这些成果融合起来,真正形成认知、感受和行动的能力,使机器人能够理解并应对真实的世界,准确完成操作任务,其搭载的计算平台需满足多种要求,包括:

1)感知能力:具备丰富的I/O接口,支持USB3、UART、I2C等多种I/O协议,用以接收各类传感器数据。

2)控制能力:能够控制各个运动部位,如底盘、手臂、手指和头部,完成多个维度的动作,并且具备实时性和安全性方面的保障。

3)计算能力:既要应对大量数据的处理开销,更要满足各类智能算法巨大的计算需求。

4)功耗控制:要在满足以上能力的同时尽可能降低功耗,避免成为电池杀手。

5)易用性:必须提供友好的编程模型,使机器人的应用开发快速、准确。

现有的计算平台很难满足以上需求,搭建适用于机器人的异构计算平台已经迫在眉睫!CPU+FPGA的方案以其独特的优势进入我们眼帘。

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