導(dǎo)語(yǔ)：FantoVision：專屬高速邊緣 AI 視覺(jué)系統(tǒng)

友思特合作伙伴Gidel在FantoVision20/40取得市場(chǎng)成果后，針對(duì)工業(yè)視覺(jué)的更高帶寬需求，全新推出三款專屬機(jī)型，分別深度優(yōu)化CoaXPress-12、10GigE Vision和Camera Link接口。該系列旨在突破Jetson Orin NX平臺(tái)的I/O性能瓶頸，通過(guò)“FPGA+Jetson”架構(gòu)，將高速圖像采集、預(yù)處理與AI推理在邊緣端高效結(jié)合，為多相機(jī)、高帶寬應(yīng)用提供確定性的穩(wěn)定算力，實(shí)現(xiàn)真正的邊緣實(shí)時(shí)智能。

問(wèn)題拆解：為什么 Jetson I/O 會(huì)出現(xiàn)性能瓶頸

NVIDIA Jetson Orin NX 雖能實(shí)現(xiàn)卓越的邊緣 AI 視覺(jué)性能，但其數(shù)據(jù)接入能力卻受限于標(biāo)準(zhǔn)接口。如今的工業(yè)相機(jī)傳輸速率早已突破 10 Gb/s，數(shù)據(jù)包傳輸量達(dá)每秒數(shù)百萬(wàn)幀；而 Jetson 搭載的 ARM 處理器，必須通過(guò)軟件完成所有中斷處理、數(shù)據(jù)包解碼與圖像幀重構(gòu)工作。

這一機(jī)制直接為 Jetson 的最大數(shù)據(jù)接收量劃定了硬性上限。一旦觸及I/O 性能瓶頸的閾值，相機(jī)數(shù)據(jù)流便會(huì)出現(xiàn)丟幀、時(shí)延增加的問(wèn)題；同時(shí)，CPU 過(guò)載和硬件熱負(fù)載壓力，將直接導(dǎo)致 AI 算力性能斷崖式下跌。

Gidel 創(chuàng)新架構(gòu)成功突破這一瓶頸：將數(shù)據(jù)包處理、協(xié)議解析與原始數(shù)據(jù)傳輸?shù)群诵娜蝿?wù)，全部遷移至確定性的 FPGA AI加速器中完成。這一技術(shù)重構(gòu)，徹底刷新了現(xiàn)代邊緣視覺(jué)系統(tǒng)的性能邊界。

傳統(tǒng)系統(tǒng)在高帶寬工況下會(huì)出現(xiàn) CPU 負(fù)載飽和，而 FantoVision 依托 FPGA 算力卸載技術(shù)，可將 CPU 負(fù)載始終控制在 25% 以內(nèi)，一舉突破 I/O 性能瓶頸。

行業(yè)痛點(diǎn)：Jetson 陷入像素?cái)?shù)據(jù)處理困局

高端機(jī)器視覺(jué)解決方案，尤其是搭載邊緣視覺(jué) AI 的方案，不僅需要強(qiáng)勁的算力支撐，更要實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的高帶寬圖像采集。

傳統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)中，CPU 被迫承擔(dān)起圖像采集卡的核心工作。當(dāng)數(shù)據(jù)流速率達(dá)到 10 Gb/s、20 Gb/s乃至 50 Gb/s時(shí)，ARM 架構(gòu) CPU 會(huì)將絕大部分算力，耗費(fèi)在中斷處理、數(shù)據(jù)包頭剝離與數(shù)據(jù)拷貝的工作中。這類額外產(chǎn)生的算力開(kāi)銷，稱為CPU 算力損耗。

1.高帶寬采集引發(fā)的 CPU 算力損耗：在基于軟件的采集模式下，每一個(gè)傳入的數(shù)據(jù)包都會(huì)觸發(fā) CPU 執(zhí)行相應(yīng)處理操作。當(dāng)數(shù)據(jù)包的傳輸量達(dá)到每秒數(shù)百萬(wàn)幀時(shí)，CPU 單核心利用率極易飆升至 100%。這會(huì)導(dǎo)致處理器幾乎沒(méi)有余量，去執(zhí)行推理運(yùn)算、應(yīng)用邏輯處理、PLC 通信及數(shù)據(jù)壓縮等核心任務(wù)。若是多相機(jī)協(xié)同采集的應(yīng)用場(chǎng)景，該問(wèn)題會(huì)進(jìn)一步加劇，往往引發(fā)畫(huà)面丟幀或系統(tǒng)運(yùn)行失穩(wěn)。

多相機(jī)擴(kuò)展瓶頸：傳統(tǒng)系統(tǒng)中新增相機(jī)，會(huì)導(dǎo)致 CPU 負(fù)載急劇攀升；而 FantoVision 不受相機(jī)接入數(shù)量影響，始終保持平穩(wěn)、高效的負(fù)載表現(xiàn)。

2. 時(shí)延與同步難題：工業(yè)成像對(duì)系統(tǒng)延時(shí)的確定性有著嚴(yán)苛要求。傳統(tǒng)操作系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生毫秒級(jí)的時(shí)延抖動(dòng)，這類抖動(dòng)不僅會(huì)破壞多相機(jī)的同步機(jī)制、中斷高速檢測(cè)流程，還會(huì)導(dǎo)致圖像采集、PLC與機(jī)器人運(yùn)動(dòng)之間，無(wú)法實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的時(shí)序協(xié)同。

流水線時(shí)延：CPU 端的傳統(tǒng)串行處理模式易形成性能瓶頸，F(xiàn)antoVision 的 FPGA 流水線可對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行并行處理，大幅降低系統(tǒng)時(shí)延。

幀穩(wěn)定性：傳統(tǒng)系統(tǒng)在持續(xù)高負(fù)載工況下，會(huì)因緩沖區(qū)溢出發(fā)生丟幀現(xiàn)象；FantoVision 可長(zhǎng)期保持零丟幀的穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。

尤為關(guān)鍵的是，當(dāng) CPU 因時(shí)延抖動(dòng)與中斷處理任務(wù)不堪重負(fù)時(shí)，畫(huà)面便會(huì)出現(xiàn)丟幀。這類數(shù)據(jù)丟失問(wèn)題，在醫(yī)療成像、國(guó)防軍工及高速檢測(cè)類應(yīng)用場(chǎng)景中是絕對(duì)無(wú)法接受的

3. 熱效應(yīng)影響：CPU 高負(fù)載運(yùn)行會(huì)導(dǎo)致設(shè)備散熱量大幅攀升。當(dāng)圖像采集產(chǎn)生的算力開(kāi)銷大于設(shè)備的熱功耗預(yù)算時(shí)，Jetson 將無(wú)法持續(xù)輸出 157 TOPS 的滿額算力。此時(shí)硬件熱節(jié)流現(xiàn)象將無(wú)可避免，最終造成系統(tǒng)在實(shí)際生產(chǎn)工況下，始終無(wú)法達(dá)到設(shè)計(jì)預(yù)期的 AI 算力水準(zhǔn)。

解決方案：邊緣 AI 視覺(jué)系統(tǒng)中的異構(gòu)計(jì)算架構(gòu)

每款 FantoVision 機(jī)型均集成NVIDIA Jetson Orin NX 與 Intel Arria 10 FPGA，打造出異構(gòu)邊緣 AI 視覺(jué)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn) GPU、CPU、FPGA 三大核心算力單元的精準(zhǔn)分工。

FPGA 絕非被動(dòng)外設(shè), 而是一套智能I/O引擎

邊緣 AI 視覺(jué)的優(yōu)化采集路徑實(shí)現(xiàn) CPU 負(fù)載最小化

FPGA 完成相機(jī)協(xié)議解析、時(shí)序同步管控、數(shù)據(jù)完整性校驗(yàn)，并通過(guò) DMA 技術(shù)將數(shù)據(jù)直傳至 Jetson 內(nèi)存，供 GPU 直接調(diào)用；僅在整幀數(shù)據(jù)全部就緒后，才向 CPU 發(fā)出通知。

這一架構(gòu)徹底省去軟件層面的數(shù)據(jù)包處理環(huán)節(jié)，即便在持續(xù)高吞吐工況下，也能將 CPU 的采集負(fù)載控制在 25% 以內(nèi)。最終實(shí)現(xiàn) CPU 溫度更低、系統(tǒng)運(yùn)行更穩(wěn)定，同時(shí)為邊緣 AI 視覺(jué)推理提供更大的硬件散熱余量。

AI 算力余量：傳統(tǒng)系統(tǒng)中居高不下的 CPU 算力開(kāi)銷，會(huì)直接損耗可用的 AI 算力；FantoVision 可徹底解鎖 157 TOPS 的滿額算力，為算法運(yùn)行提供全量算力支撐。

基于 FPGA 的預(yù)處理與流傳輸技術(shù)

FPGA 可實(shí)現(xiàn)板載ISP處理及其他像素密集型運(yùn)算任務(wù)，進(jìn)一步降低 Jetson 的 CPU 負(fù)載，確保系統(tǒng)延時(shí)可控，保證實(shí)時(shí)運(yùn)行性能。核心功能包含：

圖像處理：支持Debayer、非均勻性校正（NUC）、壞點(diǎn)替換（BPR）、白平衡、伽馬校正、高動(dòng)態(tài)范圍（HDR）校正及動(dòng)態(tài)亮度均衡。

RTSP 流輸出：系統(tǒng)兼容實(shí)時(shí)流傳輸協(xié)議（RTSP）輸出，可向遠(yuǎn)程客戶端或控制中心推送低時(shí)延視頻流，完美適配無(wú)人機(jī)、安防監(jiān)控類應(yīng)用場(chǎng)景。

數(shù)據(jù)優(yōu)化：支持感興趣區(qū)域（ROI）裁剪、圖像縮放，以及 JPEG 壓縮、無(wú)損壓縮、Quality + 畫(huà)質(zhì)增強(qiáng)壓縮等多種數(shù)據(jù)壓縮方式。

Gidel壓縮技術(shù)優(yōu)勢(shì)：Gidel實(shí)時(shí)壓縮技術(shù)可大幅降低帶寬占用與存儲(chǔ)資源需求，同時(shí)支持 JPEG 壓縮比靈活調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)圖像畫(huà)質(zhì)與文件體積的精準(zhǔn)平衡。

FantoVision系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)

傳統(tǒng) Jetson 系統(tǒng) vs Gidel FantoVision 邊緣 AI 視覺(jué)系統(tǒng)

FantoVision 規(guī)格總覽

本系列機(jī)型為有需求的開(kāi)發(fā)者，提供面向?qū)俳涌谏疃葍?yōu)化的解決方案，助力機(jī)器視覺(jué)方案實(shí)現(xiàn)極致性能、高可靠性與確定性運(yùn)行表現(xiàn)。

FantoVision 機(jī)型規(guī)格總覽

緊湊堅(jiān)固設(shè)計(jì)，適配各類極限工況

FantoVision 系列的核心優(yōu)勢(shì)，不僅體現(xiàn)在卓越的電子性能上；更通過(guò)專業(yè)工業(yè)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)強(qiáng)悍的物理防護(hù)能力，可從容應(yīng)對(duì)各類嚴(yán)苛的應(yīng)用環(huán)境。

極致 SWaP-C 優(yōu)化，極致小型輕量化

審核編輯 黃宇