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【ホワイトペーパー】コンガテックとBasler社のNXPニューラルプロセッシングユニット搭載AIアクセラレーテッドスターターセット~NPUでトレーニングした眼

ホワイトペーパー

i.MX 8M Plusプロセッサを搭載した新しいSMARCモジュール「conga-SMX8M-Plus」を利用したエンベデッドビジョンシステムについて解説しています。

【ホワイトペーパー】コンガテックとBasler社のNXPニューラルプロセッシングユニット搭載AIアクセラレーテッドスターターセット~NPUでトレーニングした眼
このホワイトペーパーは、i.MX 8M Plusプロセッサを搭載した新しいSMARCモジュール「conga-SMX8M-Plus」を利用したエンベデッドビジョンシステムについて解説しています。
自動運転車や監視カメラ、協調型ロボットに導入されているかどうかにかかわらず、エンベデッドビジョンをインテグレーションすることは、AIアクセラレーテッド システムを成功させるためには不可欠です。あらかじめコンフィグレーションされたエンベデッドビジョン ビルディングブロックを使うことにより、カスタムソリューションを迅速に作ることができます。コンガテックは、Basler社と協力して、NXP i.MX 8 Plusプロセッサ、そしてインテグレートされた高性能のニューラルプロセッシングユニット(NPU)を使って、このビルディングブロック プラットフォームを開発しました。

キーワード:SMARC, NXP, i.MX 8M Plus, Basler, NXP, 人工知能, AI, ニューラル・プロセッシング・ユニット, NPU, eIQ機械学習, 組込みビジョン

このカタログについて

ドキュメント名 【ホワイトペーパー】コンガテックとBasler社のNXPニューラルプロセッシングユニット搭載AIアクセラレーテッドスターターセット~NPUでトレーニングした眼
ドキュメント種別 ホワイトペーパー
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取り扱い企業 コンガテックジャパン株式会社 (この企業の取り扱いカタログ一覧)

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ホワイトペーパー NPUでトレーニングした眼 コンガテックとBasler社の NXPニューラルプロセッシングユニット搭載AIアクセラレーテッドスターターセット
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1 コンガテックとBasler社の NXPニューラルプロセッシングユニット搭載AIアクセラレーテッドスターターセット NPUでトレーニングした眼 自動運転車や監視カメラ、協調型ロボットに導入されているかどうかにかかわらず、 エンベデッ ドビジョンをインテグレーションすることは、 AIアクセラレーテッド システムを成功させるため には不可欠です。 あらかじめコンフィグレーションされたエンベデッドビジョン ビルディングブ ロックを使うことにより、 カスタムソリューションを迅速に作ることができます。コンガテックは、 Basler社と協力して、 NXP i.MX 8 Plusプロセッサ、そしてインテグレートされた高性能のニュー ラルプロセッシングユニット(NPU)を使って、このビルディングブロック プラットフォームを開発 しました。 自然な視覚から人工的な視覚への進化 眼は自然の進化のすばらしい結果です。 光に敏感な網膜から情報を運ぶ視神経、 分析する脳まで、 自 然の視覚は低消費電力の神経ネットワークを使用した、 非常に複雑なデータ処理動作です。 見たも のを知的に抽象化することで、 人間や動物はほんの一瞬で、 目で捉えた可視光が自分たちの生活に どのような関連性を持っているかを結論付けることができます。 この自然のすばらしい知性は、 進化 するのに何百万年もかかりました。 しかし、 人工知能(AI)システムの開発者は、 この偉業をより早く 達成しなければなりません。 そのため、AIアクセラレーテッド アプリケーションの開発者は、 実績のあるAIハードウェアとソフトウェ アを、エネルギー効率の高い方法で組み合わせた、 コンパクトであらかじめコンフィグレーションされ たエンベデッドビジョン キットに注目しています。 そして、 専用のエッジコンピューティングソリューシ ョンに特に高い関心が寄せられています。 これはAIアクセラレーテッド システムにおいて、 画像情報 に基づいてリアルタイムで意思決定をおこなうために重要なポイントです。 クラウドを経由した分析 は時間がかかるうえ、 ネットワークが継続的に使用可能かどうかにも依存します。 一方、 エッジの場 合は、 その場で数分の1秒で画像データを取得し評価することができます。 NPU - エンベデッドビジョン システムの心臓部 ニューロモルフィックプロセッサやニューラルプロセッシングユニット(NPU)は、 エッジでのディープラ ーニングや機械学習に必要な、 コンピューティングパフォーマンスを提供するために不可欠です。 NPU は画像とパターンの分析に優れており、 AIアクセラレーテッド エンベデッド ビジョン システムの中心 的な計算ユニットです。 脳のニューラル ネットワークのアーキテクチャをモデル に開発された、 ニューロモルフィックプ ロセッサはイベント駆動型のため、たま にしか電力を必要としません。 これは、 高度な計算タスクやグラフィックタスク であっても、 NPUが消費するのはわず か数ワットにすぎないことを意味しま す。 実際、 このような低消費電力NPU は、1秒あたり数テラ演算(TOPS)のパ フォーマンスを実現でき、それは組込み システム開発におけるエッジコンピュー コンガテックのAIアクセラレーテッド エンベデッドビジョン スターターセットは、 AIの眼の主要コン ティングの要件を満たしています。 ポーネントを統合しています。 眼としてのBasler dartカメラ、 視神経としての2x MIPI CSIを備えた SMARC 2.1キャリアボード、 脳としてのSMARC 2.1モジュールです。 エッジ向けにカスタマイズされたスターターセット 半導体メーカーのNXPは、 機械学習に適するように、 i.MX 8M PlusプロセッサにNPUを搭載しまし た。 4つのArm Cortex-A53コアとArm Cortex-M7コントローラを組み合わせることにより、 最大2.3
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2 コンガテックとBasler社の NXPニューラルプロセッシングユニット搭載AIアクセラレーテッドスターターセット TOPSを達成します。 さらに、 i.MX 8M Plusには、 高解像度の画像とビデオをリアルタイムで並列処理 するためのイメージ・シグナル・プロセッサ(ISP)が搭載されています。 そのため画像を取得しながら 同時に前処理をおこなうことができるため、 NPUは後処理でさらに正確な画像処理結果を得ること ができます。 これは、 ハイパフォーマンスの産業用画像処理に限らず、 画像処理アルゴリズムを使用す ることにより、 より良い結果が得られるところならどこでも適用することができます。 NXPプロセッサ の導入を加速するために、 コンガテックは、AIビジョンをエッジアプリケーションに迅速かつ安全に導 入することができるスターターセットを設計しリリースしました。エンベデッドビジョン キットの心臓部 は、 i.MX 8M Plusプロセッサを搭載したクレジットカードサイズの、 SMARC 2.1 コンピュータ・オン・モ ジュール(COM)です。 このモジュールは、最大3つの独立したディスプレイを制御することができ、 ハー ドウェアアクセラレーションによるビデオデータのデコード/エンコード機能を搭載していて、 データス トレージ用に最大128 GBのeMMCを提供します。 H.265ビデオ圧縮によって、 NPUはインテグレート された2つのMIPI-CSIインタフェースのうち事前に選択されたほうの高解像カメラストリームを、 直接 中央制御ステーションに送信することができます。 さまざまなペリフェラルインタフェースを提供する SMARCモジュールは、 AIアクセラレーテッド エンベデッド システムの広範なエコシステムを利用する ことができ、 -40℃ ~ +85℃の動作温度範囲のバージョンもあるため産業用途に適しています。 また、 このモジュールの動作消費電力はわずか2~6ワットと低く、パッシブ冷却が付属しています。 エッジソリューションは堅牢で信頼できるものでなければなりません クラウドコンピューティングのような空調管理された環境でデータ処理をおこなえない、ビジュアル エ ッジコンピューティングシステムにとって、 堅牢で信頼性の高いハードウェアは必須です。 屋外やフィ ールドに設置する場合や、 車両に搭載して移動する場合、 あるいは製造現場に設置する場合でも、 ビ ジュアル エッジコンピューティング システムは堅牢でなければなりません。 AIビジョンの需要は、 農 業での熟した果実の選別や、 製造業での自動化された製品検査、 ビルディングオートメーションでの アクセス制御、 あるいは小売店のレジでのショッピングカート内の商品識別など、 ビジュアル(画像認 識)アプリケーションから来ています。 エッジベースのリアルタイム分析は、 24時間無休で機能するた め、 人間による検査よりも優れています。 この利点は、過酷な環境での産業活動にとって特に重要で す。たとえば、 風力発電のタービンの監視、 あるいは生産プロセスの安全にかかわるビデオ監視など です。 マッキンゼーの調査によると、 AIシステムの予知保全によって、 プラントの稼働率と生産性を最 大20%向上させられることがわかりました。 自動不良品検出を備えたビジュアル品質監視により、 生 産性を最大50%向上させることもできます。 また、 自動運転において商品や人を信頼性高く安全に輸 送するという要求に応えるためには、 エッジベースのAIソリューションが必要です。 eIQを活用してビジョンをカスタマイズする エンベデッドビジョン アプリケーションの多様性を考えると、スターターセットがカスタム開発の第一 歩であることは明らかです。 NXPは、 この目的のためにeIQ機械学習ソフトウェア開発プラットフォー ムを提供しています。 eIQは「edge intelligence」の略です。 これにより、 AIアクセラレーテッド システ ムの開発者は、 NXPマイクロプロセッサやマイクロコントローラに適した、 さまざまなライブラリと開 発ツールを組み合わせたプラットフォームにアクセスすることができます。 これには、 既存のデータと 分析から推論を通じて新しい事実を導き出すことができる、 ソフトウェアベースの推論エンジンが含 まれます。 eIQは、 Arm Neural Network(NN)やオープンソースベースのTensorFlow Liteなどの推 論エンジンとライブラリをサポートしています。 AIアクセラレーテッドの眼はBaslerから スターターセットのSMARC COMはAIの眼を構成する人工的な脳ですが、 3.5インチのはがきサイズの キャリアボードは視神経として機能します。 データ通信の中央インタフェースとして、 MIPI CSI-2.0(こ
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3 コンガテックとBasler社の NXPニューラルプロセッシングユニット搭載AIアクセラレーテッドスターターセット の場合はBasler dart BCON MIPIカメラ)を使用して、「 脳」と「眼」を接続します。 追加のコンバータモ ジュールは必要なく、 AIアクセラレーテッド画像処理システムに必要なものはすべて、最小限の寸法に 収まります。マッチ箱よりもわずかに大きい、 焦点距離4mmのレンズを備えたBasler dartカメラは、 狭いスペースでも組み込めます。低消費電力で発熱も最小限なため、 エッジでの使用に最適です。ソ フトウェアに関しては、 Baslerの pylon Camera Software Suiteが統一されたSDKを提供し、 MIPI CSI-2.0以外のインタフェースでも使用でき、産業用カ メラをUSB 3やGigEで制御することができます。 i.MX 8M Plusプロセッサ用スターターセットに統合された Basler dartカメラとソフトウェアパッケージによって、 開発者はAIアクセラレーテッド マシンビジョン機能、 たとえば、 トリガー、 超高速シングルフレーム画像配 信、豊富なカメラ構成オプション、およびArm NNや TensorFlow Liteエコシステムをベースとするカスタ ム推論アルゴリズムなどに簡単にアクセスすることが できます。 これにより、 NPUのパフォーマンスを最大 限に活用するためのツールを利用できます。 NXP i.MX 8M Plusプロセッサを搭載したコンガテックのSMARCモジュール ヒューマン-マシン インタラクション向けに設計 必要な機能をすべて含み、あらかじめコンフィグレーションされたAIビジョン スターターセットは、 エ ンベデッドビジョン システムの開発にかかる時間を節約するだけではなく、 確立されたテクノロジー と実証済みのスタンダードをベースにすることができます。Arm Cortex-AプロセッサとNXP NPUの組 み合わせにより、 エッジデバイスは人間の介入をほとんど、 あるいはまったく必要とせずに、 画像情報 やその他のセンサー情報から適切な結論を導き出し、その場で学習してインテリジェントな意思決定 をおこなうことができます。 著者: マーティン・ダンザー(Martin Danzer) コンガテック プロダクトマネージメント ディレクター
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コンガテック(congatec)について コンガテック(congatec)は、組込みコンピューティング製品にフォーカスする、急速に成長しているテクノロジー企業です。 ハ イパフォーマンス コンピュータモジュールは、産業オートメーション、医療技術、輸送、テレコミュニケーション、その他の多くの 分野の幅広いアプリケーションやデバイスで使用されています。 当社は、成長する産業ビジネスにフォーカスする、ドイツのミッ ドマーケットファンドである株主のDBAG Fund VIIIに支えられており、これらの拡大する市場機会を活用するための資金調達 とM&Aの実績があります。 また、コンピュータ・オン・モジュールの分野では、世界的なマーケットリーダーであり、新興企業か ら国際的な優良企業まで優れた顧客基盤を持っています。コンガテックは、ドイツのデッゲンドルフに本社を置き、現在、米国、 台湾、中国、日本、オーストラリア、英国、フランス、チェコ共和国に事業拠点を置いています。詳細については、当社の Web サ イト www.congatec.com/jp、ま たは LinkedIn、T witter、 Y ouTube をご覧ください。 本社 congatec GmbH Auwiesenstraße 5 94469 Deggendorf Germany Phone +49 (991) 2700-0 info@congatec.com www.congatec.com 子会社 congatec Asia Ltd. congatec, Inc. コンガテックジャパン株式会社 congatec China Technology Ltd. 2F., No.186, Sec. 3, 6262 Ferris Square 〒105-0013 東京都 港区 浜松町 Sunyoung Center, 901 Building B, Chengde Rd. San Diego 1-2-7浜松町一丁目ビル301 No. 28 Xuanhua Road, Changning District, 10366 Taipei, Taiwan CA 92121 USA Phone +81 (3) 6435-9250 Shanghai 200050, China Phone +886 (2) 2597-8577 Phone +1 (858) 457-2600 sales-jp@congatec.com Phone +86 (21) 6025-5862 sales-asia@congatec.com sales-us@congatec.com www.congatec.jp sales-asia@congatec.com www.congatec.tw www.congatec.us www.congatec.cn congatec Australia Pty Ltd. congatec Korea Ltd. Real-Time Systems GmbH Unit 2, 62 Township Drive Mr. Yoonsun Kim Gartenstrasse 33 West Burleigh (Yatap-Dong), #707, 88212 Ravensburg Queensland 4219, Australia 42, Jangmi-ro, Bundang-gu, Germany Phone +61 (7) 5520-0841 Seongnam-si, Gyeonggi-do, Phone +49 (751) 359558-0 sales-au@congatec.com South Korea info@real-time-systems.com www.congatec.com Phone: +82 (10) 2715-6418 www.real-time-systems.com yoonsun.kim@congatec.com セールスオフィス France United Kingdom / Ireland Nordics & Baltics Mr. Luc Beugin Mr. Darren Larter Mr. Anders Rasmussen Phone: +33 6 44 32 70 88 Phone: +44 784 581 4792 Phone: +45 285 649 92 cfr-sales@congatec.com cuk-sales@congatec.com cdk-sales@congatec.com