嵌入式市場對圖形和計算加速的需求正在增長。相機和傳感器陣列在從汽車到工業(yè)等不同行業(yè)的許多用例中越來越重要，并且正在生成需要復(fù)雜處理的越來越豐富的數(shù)據(jù)流。

與此同時，正在開發(fā)使用高質(zhì)量 3D 圖形甚至增強現(xiàn)實技術(shù)的高級用戶界面。然而，部署加速處理的需要，再加上安全關(guān)鍵認證的復(fù)雜性，造成處理器、加速器、編譯器、API 和庫的混亂局面，推高了嵌入式加速器的集成成本，進而限制了創(chuàng)新和上市時間效率。

開放標準在幫助硬件和軟件供應(yīng)商成功駕馭這種復(fù)雜的技術(shù)環(huán)境方面發(fā)揮著重要作用。嵌入式市場的加速標準可以實現(xiàn)跨平臺軟件可重用性、解耦軟件和硬件開發(fā)以便更輕松地部署和集成新組件、提供跨代可重用性并促進現(xiàn)場可升級性。這些標準降低了成本，縮短了上市時間，并降低了在引人注目的現(xiàn)實產(chǎn)品中使用推理和視覺加速等先進技術(shù)的障礙。

Khronos 加速標準

20 多年來，Khronos 創(chuàng)建了開放、免版稅的 API 標準，使軟件應(yīng)用程序庫和引擎能夠利用硅加速的力量來滿足要求苛刻的用例，例如 3D 圖形、增強和虛擬現(xiàn)實、并行計算、視覺處理和推理。

Khronos 開放、免版稅、互操作性標準

許多行業(yè)專家一致認為，我們正面臨摩爾定律的終結(jié)，因此業(yè)界對并行計算的興趣日益濃厚，將加速的重點從單核的頻率擴展轉(zhuǎn)移到擁有可用于顯著加速的大型核陣列的處理器上數(shù)據(jù)并行算法。

從廣義上講，并行計算的 Khronos 加速標準可以分為兩組。高級編程框架（例如 SYCL 和 OpenVX）專注于簡化開發(fā)，并具有跨多個硬件架構(gòu)的有效性能可移植性。相比之下，OpenCL 和 Vulkan 等低級 API 使用內(nèi)核和著色器程序的 SPIR-V 中間表示，提供對硬件資源的直接、顯式訪問，以實現(xiàn)最大的靈活性和控制。

SYCL（讀作“鐮刀”）使異構(gòu)處理器的代碼能夠與主機應(yīng)用程序代碼一起編寫在“單一源”文件中，使用標準 C++ 在各種硬件上實現(xiàn)可移植加速。SYCL 通常會將要卸載到加速處理器上的 C++ 應(yīng)用程序部分編譯成較低級別的 API，例如 OpenCL。

OpenVX（VX 代表“視覺加速”）提供圖形級抽象，通過連接一組函數(shù)或“節(jié)點”來構(gòu)建成像和推理功能。這種高級抽象使芯片供應(yīng)商能夠有效地優(yōu)化他們的 OpenVX 驅(qū)動程序，以便在幾乎任何處理器架構(gòu)上高效執(zhí)行。OpenVX 圖形可以結(jié)合視覺處理和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點進行全局優(yōu)化，并且可以直接攝取 Khronos 的 NNEF 格式的完整訓(xùn)練網(wǎng)絡(luò)，這提供了來自不同神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)框架的開源轉(zhuǎn)換器的穩(wěn)定規(guī)范。

Vulkan是對現(xiàn)代 GPU 進行高效、跨平臺訪問的唯一開放標準。Vulkan 可以使用計算著色器以及圖形渲染加速任何兼容 GPU 上的計算操作。Vulkan 為下一代 3D 圖形和計算的開發(fā)人員帶來了許多好處，包括更簡單的驅(qū)動程序、直接和顯式的 GPU 控制、用于多線程應(yīng)用程序的多個圖形、命令和 DMA 隊列，以及用于多種著色語言的離線前端編譯器。

OpenCL是一種低級標準，用于對 PC、服務(wù)器、移動設(shè)備和嵌入式設(shè)備（包括 GPU、DSP 和 FPGA）中的各種異構(gòu)處理器進行跨平臺并行編程。OpenCL 提供基于 C 和 C++ 的語言來編寫內(nèi)核程序，這些程序可以在系統(tǒng)中的任何處理器上并行編譯和執(zhí)行，并明確控制在哪些處理器上執(zhí)行哪些內(nèi)核。OpenCL 通過提供更簡單的編程模型、相對輕量級的運行時、更高的語言靈活性和更嚴格定義的計算操作精度來補充僅 GPU 的 API。

旨在簡化功能安全認證的 API

安全認證在汽車、自動駕駛、醫(yī)學(xué)成像、交通運輸、工業(yè)、能源和航空電子設(shè)備等許多市場中至關(guān)重要。計算或顯示子系統(tǒng)故障會帶來重大安全風(fēng)險的系統(tǒng)需要系統(tǒng)級功能安全認證并符合安全標準，例如 RTCA DO-178C A 級/EASA ED-12C A 級（航空電子設(shè)備）、ISO 26262 ASIL D（汽車）、IEC 61508（工業(yè)）和 IEC 62304（醫(yī)療），并遵守 MISRA 和 AUTOSAR 等行業(yè)組織的指導(dǎo)方針。

這些市場對高級加速圖形和計算的需求正在增長，這些加速器必須包含在系統(tǒng)級安全認證中。安全認證的高成本推動了開放標準加速 API 的開發(fā)，這些 API 旨在通過消除嵌入式市場不必要的功能、增加運行時確定性以及通過減少 API 表面積來簡化系統(tǒng)級認證過程。提供強大的錯誤處理。

從 2003 年的 OpenGL SC 1.0 開始，Khronos 擁有 20 年為安全關(guān)鍵市場調(diào)整主流加速 API 的歷史。這些舉措利用經(jīng)過驗證的 API 和多種交付芯片實現(xiàn)，并且開發(fā)人員已經(jīng)熟悉這些 API。

最近發(fā)布的 Vulkan SC 1.0 簡化了 Vulkan SC 1.2 API 并提高了運行時確定性。Vulkan SC 管道可以離線編譯和靜態(tài)分析，以了解數(shù)據(jù)流和內(nèi)存使用情況。然后可以在設(shè)備創(chuàng)建時將管道執(zhí)行所需的內(nèi)存保留為固定大小的池，以最大限度地減少總體內(nèi)存使用量并避免運行時內(nèi)存分配的需要。Vulkan SC 使系統(tǒng)實施者能夠部署 GPU 加速的圖形和計算來滿足安全關(guān)鍵義務(wù)，并以更低的成本和工作量提供認證證據(jù)包。即使沒有正式的安全認證，Vulkan SC 對于實時嵌入式應(yīng)用程序也非常寶貴。

OpenVX 具有安全關(guān)鍵型配置文件，可以快速部署經(jīng)過訓(xùn)練的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，使用 OpenVX 作為推理引擎，非常適合安全關(guān)鍵型市場。OpenVX 安全關(guān)鍵配置文件通過將 OpenVX 圖的開發(fā)與其執(zhí)行分開，使運行時能夠攝取已離線預(yù)編譯的二進制圖定義，從而最大限度地減少運行時 API 表面積和運行時大小。OpenVX 規(guī)范還使用功能要求標簽編號進行了注釋，并且 OpenVX 標頭符合 MISRA-C。

Khronos 最近還成立了SYCL 安全關(guān)鍵探索論壇，以調(diào)查在安全關(guān)鍵市場中使用 SYCL 標準 C++ 單源編程模型加速計算的通用并行編程 API 的行業(yè)要求。以硬件為中心的 API 設(shè)計越來越多地與復(fù)雜的編譯器技術(shù)融合，在利用硅加速進行計算加速時，將可編程靈活性和可移植性顯著提升到新的水平。SYCL SC 探索性論壇處于發(fā)現(xiàn)階段，以便在開始標準化工作之前充分了解行業(yè)要求并就行業(yè)要求達成共識。任何公司都被邀請免費加入探索論壇，并且沒有知識產(chǎn)權(quán)許可義務(wù)。

標準組織攜手合作

行業(yè)中有許多標準開發(fā)組織 （SDO），每個組織都有自己的專業(yè)領(lǐng)域，因此 SDO 必須建立富有成效的聯(lián)絡(luò)關(guān)系以避免重復(fù)工作，并確保來自不同組織的不同標準能夠很好地協(xié)同工作。

Khronos 最近宣布與汽車電子、半導(dǎo)體和軟件行業(yè)的汽車制造商、供應(yīng)商、服務(wù)提供商和公司的全球發(fā)展合作伙伴 AUTOSAR 建立聯(lián)系。這項新的合作協(xié)議鼓勵信息的有效流動，同時尊重兩個組織的機密性和知識產(chǎn)權(quán)框架。它使 Khronos 成員能夠接收有關(guān) AUTOSAR 活動的信息和見解，反之亦然。最終目標是讓 AUTOSAR 用例和需求指導(dǎo)和影響 Khronos 標準的演變，并使 AUTOSAR 平臺能夠有效地利用這些 Khronos API。

在過去的兩年里，Khronos 還與歐洲機器視覺協(xié)會 （EMVA） 密切合作，建立了 Khronos 相機工作組，該工作組現(xiàn)在正在構(gòu)建一個新的開放標準 API，用于控制嵌入式相機。

復(fù)雜的光學(xué)系統(tǒng)、圖像傳感器和視覺處理器的發(fā)展正在加速，嵌入式系統(tǒng)通常將相機傳感器與圖像、視覺和推理加速器緊密集成到獨立的系統(tǒng)中。雖然上述 Khronos API 可用于視覺和推理加速，但沒有廣泛采用的開放標準、跨供應(yīng)商 API 來簡化新相機子系統(tǒng)的軟件集成，從而導(dǎo)致相機技術(shù)的集成成本過高。

對開放標準相機 API 的需求

Khronos 和 EMVA 成員正在設(shè)計的相機 API 將通過精確定義的接口為應(yīng)用程序、庫和框架提供對相機運行時的顯式控制，從而實現(xiàn)應(yīng)用程序代碼的跨供應(yīng)商可移植性，并更輕松地與新相機和傳感器進行系統(tǒng)集成。該 API 還將跨多代相機和傳感器保留應(yīng)用程序代碼，并實現(xiàn)對傳感器流生成的復(fù)雜控制，以提高下游處理的效率。

目前正在設(shè)計的 Khronos Camera API 的范圍

參與構(gòu)建您需要的開放標準

嵌入式產(chǎn)品中越來越多地使用計算、視覺和推理加速的集成帶來了重大的新商機，Khronos 正在開發(fā)一個不斷增長的開放、免版稅 API 標準系列，以滿足嵌入式和安全關(guān)鍵型快速發(fā)展的需求市場。

審核編輯：郭婷