一种人工智能边缘计算设备制造技术

本专利申请属于人工智能领域，具体公开了一种人工智能边缘计算设备，包括核心板和用于辅助功能以及接口扩展的接口扩展板；所述核心板是可不依赖于接口扩展板独立工作的一个最小计算系统；本方案可具有高运算能力，低功耗，扩展接口丰富，硬件上采用模块化设计，可以根据产品需求进行扩展，具有非常好的场景适用性，解决了目前人工智能各种应用场景中，缺少合适的边缘计算平台和端智能平台的问题。为边缘计算提供了可用的平台，而且平台具有高度的灵活性，特别适用各种场景的边缘计算和端智能，有利于边缘计算和端智能在各种应用场景的快速产品化和实施。

An Artificial Intelligence Edge Computing Device

【技术实现步骤摘要】
一种人工智能边缘计算设备
本专利技术申请属于人工智能领域，具体公开了一种人工智能边缘计算设备。
技术介绍
目前，人工智能发展非常快，在安防、教育、金融、机器人、自动驾驶等等领域得到广泛应用。人工智能的算法，得益于大量样本数据的训练，以及处理器计算能力的增长，也从传统算法演进到采用深度学习，算法的精度也不断得到提升。然而，由于人工智能算法对计算能力有着极大的要求，目前大部分人工智能算法，特别是基于深度学习的算法，需要大数据量的训练和计算，对计算能力要求非常高，都是在云端通过大规模的处理器阵列来完成。在很多应用场景，受限于通信带宽、时延和隐私等使用场景限制，在很多情况下，AI算法需要在设备端实现，例如自动驾驶、机器人、家居安防、无人机视觉追踪和避障等，最合理和有效的实施方式是在现场感知和快速决策。因此，基于设备端或边缘端的人工智能，越来越得到业界重视和实施。目前业界针对端侧和边缘侧的人工智能计算平台，受限于核心处理器能力和功耗限制，核心处理器要么采用GPU，要么采用ASIC或FPGA，功能单一，计算能力较低，板卡结构尺寸较大，设计不灵活，只能用于常规的算法验证，使用场景上受到较大限制。
技术实现思路
针对上述不足，本专利技术的目的在于提供一种人工智能边缘计算设备，具有高运算能力，低功耗，扩展接口丰富，硬件上采用模块化设计，可以根据产品需求进行扩展，具有非常好的场景适用性，解决了目前人工智能各种应用场景中，缺少合适的边缘计算平台和端智能平台的问题。为了达到上述目的，本专利技术的基础方案为：一种人工智能边缘计算设备，包括核心板和用于辅助功能以及接口扩展的接口扩展板；所述核心板是可不依赖于接口扩展板独立工作的一个最小计算系统，所述核心板包括：用于完成图像处理、图像编解码、图像识别、语音识别、深度学习等计算处理的AI核心处理器；用于配合AI核心处理器完成数据存储的高速存储模块；用于为电路提供输入时钟源的时钟模块；用于为电路提供电源的核心板电源模块；用于支持摄像头传感器采集的原始图像数据输入的图像输入接口；用于与接口扩展板相连，包括一个或多个连接器的实现核心板各种外部接口及辅助功能的扩展接口模块。所述接口扩展板包括：用于与核心板相连，实现核心板AI核心处理器各种接口信号与各个接口功能模块的连接的板间接口模块；主要用于集成电路供电的扩展板电源模块；支持百兆/千兆自适应的以太接口模块；支持HDMI2.0协议，支持4k60fps的视频输出的HDMI接口；支持PCIe2.0协议，单lane支持2.5Gbps速率的PCIe接口；一个USB2.0和一个USB3.0device/host接口；用于无线通信的且支持wifi802.11bgn/ac和蓝牙功能的无线通信模块；用于支持SD卡扩展大容量存储且支持SDIO3.0协议的SDIO接口；用于连接MIC采集音频进行语音处理，同时支持连接扬声器进行语音输出的音频接口；用于连接LCD显示屏，将核心计算模块的处理结果，或者摄像头采集到底视频等通过LCD显示屏进行显示的显示接口；可用于调试或与其他外部模块进行交互的多个UART串口、I2C接口和GPIO接口。本人工智能边缘计算设备采用ZEUSAIOS操作系统，ZEUSAIOS是与平台AI处理器深度融合的智能操作系统，包括多层软件架构：基础层完成硬件平台各多核异构处理器的总线及设备驱动、文件系统、处理器间通信管理及调度、内部存储管理等处理，根据处理器功能及性能要求不同，可支持单linux操作系统或linux+RTOS异构操作系统；平台层提供深度学习算法框架、神经网络模型、各种算法SDK和服务，包括多媒体服务、通信服务、图形服务、图像采集、图像处理、计算机视觉、语音处理及识别、基于视觉的定位和建图VSLAM等。接口层用于连接平台层和应用层，为应用层提供平台层各种SDK库或业务的服务接口API，包括系统管理API，多媒体服务API，通信服务API，显示API，AI算法SDKAPI和工具链。应用层为面向各种应用场景的应用，根据产品需求及应用场景，应用层通过调用接口层API，完成相应的产品功能。例如智能相机应用，人脸识别应用，目标识别应用，服务机器人应用等。本基础方案的工作原理在于：人工智能边缘计算设备包括核心板和接口扩展板两部分，其中核心板是可不依赖于接口扩展板独立工作的一个最小计算系统，包括AI核心处理器，高速存储模块、时钟模块、电源模块、图像输入接口和扩展接口模块。AI核心处理器完成平台最核心的图像处理、图像编解码、图像识别、语音识别、深度学习等计算处理，本专利技术核心板采用的AI核心处理器为海思Hi3559A/C系列处理器，Hi3519A系列处理器，也可以是其他类似的AI处理器。高速存储模块配合AI核心处理器，完成数据存储，包括DDR4或LPDDR4、eMMC存储或UFS存储、BOOTFLASH等，时钟模块包括OSC及相应的匹配电路，用于为电路提供输入时钟源，电源模块为核心板各集成电路提供相应的电源，图像输入接口为核心板图像采集接口，该接口支持MIPICSI/LVDS等协议，用于摄像头传感器(camerasensor)采集的原始图像数据的输入。扩展接口模块包括一个或多个连接器，用于与接口扩展板相连，实现核心板各种外部接口及辅助功能的扩展。接口扩展板用于辅助功能和接口扩展，包括电源模块、以太接口、PCIe接口、HDMI接口、USB2.0/3.0接口、无线通信模块、串口、LCD显示屏接口、I2C接口和各种GPIO，以及板间接口模块，完成边缘计算平台所需的辅助控制功能和输入输出功能。其中板间接口模块用于核心板相连，实现核心板AI核心处理器各种接口信号与本板各个接口功能模块的连接，从而实现了各种接口的扩展。电源模块主要用于本板其他集成电路的供电，以太接口模块支持百兆/千兆自适应，HDMI接口支持HDMI2.0协议，支持4k60fps的视频输出，PCIe接口支持PCIe2.0协议，单lane支持2.5Gbps速率。接口板支持一个USB2.0和一个USB3.0device/host接口，无线通信模块用于无线通信，支持wifi802.11bgn/ac和蓝牙，SDIO接口支持SDIO3.0协议，用于支持SD卡扩展大容量存储，也可以用于扩展连接支持SDIO3.0的模块，音频接口主要用于连接MIC采集音频进行语音处理，同时支持连接扬声器进行语音输出，显示接口可以用于连接LCD显示屏，将核心计算模块的处理结果，或者摄像头采集到的视频等通过LCD显示屏进行显示。此外，还支持多个UART串口、I2C接口和GPIO接口，可用于调试或与其他外部模块进行交互。从而完成图像采集及图像处理、计算机视觉处理、深度学习训练、推断和决策处理，语音输入及语音识别处理等功能。有益效果如下：一、本方案提出了一种用于人工智能边缘计算设备通过设计复杂度、工艺要求、可扩展性等原则，将AI边缘计算平台的功能模块进行划分，放到不同的电路板上进行实现。划分后的AI边缘计算平台包括核心板和接口扩展板两部分，核心板完成最重要的AI计算和处理功能，是一个AI计算最小电路系统，功能稳定，但设计复杂、对板卡生产工艺要求高，板卡按最小尺寸设计，设计定型后就不需要再根据不同场景进行修改；接口扩展板完成辅助扩展功能，设计技本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种人工智能边缘计算设备，其特征在于，包括核心板和用于辅助功能以及接口扩展的接口扩展板，以及运行于核心板完成边缘计算设备的系统管理、人工智能算法处理和业务应用的操作系统AIOS；所述核心板是可不依赖于接口扩展板独立工作的一个最小计算系统，所述核心板包括：用于完成图像处理、图像编解码、图像识别、语音识别、深度学习等计算处理的AI核心处理器；用于配合AI核心处理器完成数据存储的高速存储模块；用于为电路提供输入时钟源的时钟模块；用于为电路提供电源的核心板电源模块；用于支持摄像头传感器采集的原始图像数据输入的图像输入接口；用于与接口扩展板相连，包括一个或多个连接器的实现核心板各种外部接口及辅助功能的扩展接口模块。所述接口扩展板包括：用于与核心板相连，实现核心板AI核心处理器各种接口信号与各个接口功能模块的连接的板间接口模块；主要用于集成电路供电的扩展板电源模块；支持百兆/千兆自适应的以太接口模块；支持HDMI2.0协议，支持4k60fps的视频输出的HDMI接口；支持PCIe2.0协议，单lane支持2.5Gbps速率的PCIe接口；一个USB2.0和一个USB3.0 device/host接口；用于无线通信的且支持wifi 802.11 bgn/ac和蓝牙功能的无线通信模块；用于支持SD卡扩展大容量存储且支持SDIO3.0协议的SDIO接口；用于连接MIC采集音频进行语音处理，同时支持连接扬声器进行语音输出的音频接口；用于连接LCD显示屏，将核心计算模块的处理结果，或者摄像头采集到底视频等通过LCD显示屏进行显示的显示接口；可用于调试或与其他外部模块进行交互的多个UART串口、I2C接口和GPIO接口；所述AIOS操作系统包括：用于完成硬件平台多核异构处理器的总线及设备驱动、文件系统、处理器间通信管理及调度、内部存储管理等处理基础层，根据处理器功能及性能要求不同，可支持单linux操作系统以及linux+RTOS异构操作系统；用于提供深度学习算法框架、神经网络模型、各种算法SDK和服务的平台层，包括多媒体服务、通信服务、图形服务、图像采集、图像处理、计算机视觉、语音处理及识别、基于视觉的定位和建图VSLAM等；用于完成各种产品应用功能的应用层，应用层面向各种应用场景，根据产品和场景需求，通过调用接口层API，完成相应的产品功能；用于为应用层提供平台层各种SDK库或业务的服务接口API调用的接口层，包括系统管理API，多媒体服务API，通信服务API，显示API，AI算法SDK API和工具链。...

【技术特征摘要】
1.一种人工智能边缘计算设备，其特征在于，包括核心板和用于辅助功能以及接口扩展的接口扩展板，以及运行于核心板完成边缘计算设备的系统管理、人工智能算法处理和业务应用的操作系统AIOS；所述核心板是可不依赖于接口扩展板独立工作的一个最小计算系统，所述核心板包括：用于完成图像处理、图像编解码、图像识别、语音识别、深度学习等计算处理的AI核心处理器；用于配合AI核心处理器完成数据存储的高速存储模块；用于为电路提供输入时钟源的时钟模块；用于为电路提供电源的核心板电源模块；用于支持摄像头传感器采集的原始图像数据输入的图像输入接口；用于与接口扩展板相连，包括一个或多个连接器的实现核心板各种外部接口及辅助功能的扩展接口模块。所述接口扩展板包括：用于与核心板相连，实现核心板AI核心处理器各种接口信号与各个接口功能模块的连接的板间接口模块；主要用于集成电路供电的扩展板电源模块；支持百兆/千兆自适应的以太接口模块；支持HDMI2.0协议，支持4k60fps的视频输出的HDMI接口；支持PCIe2.0协议，单lane支持2.5Gbps速率的PCIe接口；一个USB2.0和一个USB3.0device/host接口；用于无线通信的且支持wifi802.11bgn/ac和蓝牙功能的无线通信模块；用于支持SD卡扩展大容量存储且支持SDIO3.0协议的SDIO接口；用于连接MIC采集音频进行语音处理，同时支持连接扬声器进行语音输出的音频接口；用于连接LCD显示屏，将核心计算模块的处理结果，或者摄像头采集到底视频等通过LCD显示屏进行显示的显示接口；可用于调试或与其他外部模块进行交互的多个UART串口、I2C接口和GPIO接口；所述AIOS操作系统包括：用于完成硬件平台多核异构处理器的总线及设备驱动、文件系统、处理器间通信管理及调度、内部存储管理等处理基础层，根据处理器功能及性能要求不同，可支持单linux操作系统以及linux+RTOS异构操作系统；用于提供深度学习算法框架、...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴松，
申请(专利权)人：北京宙心科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11