【ホワイトペーパー】NXP i.MX 8M Plusプロセッサを搭載したSMARCモジュール～人工知能のための低消費電力フラッグシップ

ホワイトペーパー 人工知能のための低消費電力フラッグシップ NXP i.MX 8M Plusプロセッサを搭載したSMARCモジュール

1 NXP i.MX 8M Plusプロセッサを搭載したSMARCモジュール 人工知能のための低消費電力フラッグシップ コンガテックは、 組込みAIアプリケーションに最適な、 NXP i.MX 8M Plusプロセッサを搭載した新 しいモジュールをリリースすることによって、 SMARCプラットフォームのバリエーションを拡充しま した。 そして、 アプリケーションレディの3.5インチキャリアボードとBaslerカメラ、 AIソフトウェアス タックなど広範なエコシステムによって、 概念実証（PoC）が迅速におこなえるようになりました。 これまでは、 そのような概念実証（PoC）は必ずしも簡単ではありませんでした。 以前は、 Armベー スの最新プロセッサテクノロジーを完成したシステムとして使用することは、 x86を実装することに比 べてはるかに困難でした。 これは、 歴史的にArmが幅広い分野でそれぞれカスタム設計されて大量 に使用されてきた結果で、 システムプラットフォームのエコシステムが充実していなかったためです。 しかし最近では、 SMARCコンピュータ・オン・モジュール 規格に基づくモジュラーアプローチにより、 x86ボックスPCの標準フォームファクタで、A rmプロセッサを搭載した製品を入手することも可能にな りました。たとえば、組込みコンピューティングのスペシャリストであるコンガテックは、 必要に応じて SMARC 2.1プラットフォームのモジュールを搭載できる3.5インチのボードを提供しています。 新しい SMARCモジュールがリリースされるたびに、 可能なコンフィグレーションのポートフォリオが、 わずか なタイムラグで自動的に拡充されてきています。最 新のフラッグシッププロセッサは、新 しいNXP i.MX 8M Plusプロセッサで、コ ンガテックはVirtual Embedded World 2021でSMARCに搭載した製品を正 式にリリースする予定で、3 .5インチキャリアの正式サポートは夏に完全に完了する予定です。 魅力的な機能 i.MX 8M Plusプロセッサを搭載した新しいSMARCモジュールの技術的なハイライトは、 追加のニュー ラルプロセッシングユニット（NPU）を備えた4つの強力なArm Cortex-A53プロセッサコアであり、 最 大2.3 TOPSのAI計算能力を追加します。AI推論と機械学習アプリケーション用に特別に開発された、 統合されたイメージ・シグナル・プロセッサ（ISP）により、 2つのインテグレートされたMIPI CSIインタフ ェースのデータを非常に効率的に処理することができます。 ここでの重要なアプリケーション分野は、 ジェスチャーによる制御システムです。 たとえば、 タッチレスで集中治療室の医療アプリケーションに ログインして、 点滴調整を制御できるようになります。 さらに、 マルチメディア機能として、 3D/2Dグラフィッ クスアクセラレーション、およびH.265を含むビデオの デコードとエンコードをカバーしているため、 カメラ のビデオストリームをネットワークに直接送信できま す。 検査と監視システムの両方において、 より詳細な 評価ができるようにするために、 解像度の高さがま すます重要になってきています。 NPUが前処理をおこ なうため、 生データによってネットワークが過負荷に なりません。 オーディオと音声機能用の高品質 DSP も興味深く、 算術論理演算ユニットと組み合わせる 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 ことにより、 例えば、 ユーザー固有の音声認識を約 40,000の異なる単語について可能となります。 そしてそれは、 AlexaやGoogle、 Siriなどの商用ソリュ ーションとは異なりクラウドに接続されておらず、 完全にローカルで処理されるため、 非接触型音声 コマンドとして非常に便利です。 さらに、Cortex-M7、 あるいはギガビットイーサネットのTime-Sensitive Networking (TSN)により、 リ アルタイム制御が可能です。 エラー訂正コードを付加できる LPDDR4メモリを使い、 初めてプロセッ サのインラインECC機能によって、 最大6GBの容量まで高いデータセキュリティと信頼性を保証するこ とができるようになりました。 Cortex-M7は、 フェイルセーフユニットとしても使用できます。 これは、

2 NXP i.MX 8M Plusプロセッサを搭載したSMARCモジュール SMARC Connector Onboard LPDDR4 LPDDR4 LVDS0 LVDS 0 Memory LVDS1 MUX LVDS 1 / 4-lane DSI MIPI-DSI HDMI 2.0a HDMI JTAG* JTAG GBE0 / TSN PHY Ethernet 0 / TSN PHY COM Driver Console GBE1 Ethernet 1 PCIe PCIe Gen 3 MIPI-CSI 1 MIPI-CSI 4-lane eMMC 5.1 eMMC MIPI-CSI 2 MIPI-CSI 2-lane 4L CSI FFC* Precision RTC I2C NXP i.MX 8M Plus Processor SDIO SDIO Series I2S 2x I2S Audio USB 2.0 1x USB 2.0 dual-role USB 3.0 USB Hub 2x USB 3.0 / 2.0 SDIO 2x USB 2.0 CAN FD 2x CAN Bus SDIO 1x UART 2-wire** PCIe 2x UART 4-wire WiFi/ BT* USB3 1x UART 2-wire UART 2x I2C SPI GPIO GPIO GPIO [0:13] Expander Power Rail Power Control PMIC * Assembly Option ** Shared with Console NXP i.MX 8M Plusプロセッサモジュールのブロック図 アプリケーションのフォールトトレランス設計をIEC 61508/IEC 61511に準拠させるために重要です。 このオールラウンドなサービスパッケージに、 PCIe Gen 3および2x USB 3.0、 あるいは2x SDIOを使っ て、 アプリケーション固有の機能を追加で実装すると、 信頼性が高くて堅牢なLinux、 Android、 また はFreeRTOSのプラットフォームを構築することができます。 さらに、 -40°Cから85°Cの工業用温度範 囲で使用できるオプションもあります。 ここで、 コンガテックがサポートしている主なBSPは、 Yoctoフ レームワークをベースとしています。 2〜6 Wの低消費電、ストレージ容量128 GBのオンボードeMMC、 および堅牢なメモリの耐用年数をさらに延長するためのpSLCモードでの動作なども、 魅力的なハイ ライトです。 多様な応用分野 i.MX 8M Plusプラットフォームを搭載した新しいSMARCモジュールは、 組込みビジョンや機械学習、 AI、 および高度なマルチメディアアプリケーションなどを組み合わせた、 信頼性の高い産業用アプリ ケーションにフォーカスしています。 つまり、 インダストリー4.0/IIoT、 外観検査、監視システム、 スマー トインフラストラクチャ、 およびスマートシティなどをターゲットにしています。 その他のターゲットアプ リケーションとしては、 農業、 建設、 ビルディングオートメーション、計測などの分野にも及び、対象と なるマーケットは非常に広範囲です。最大のアプリケーション分野の1つはさまざまなHMIになります。 なぜなら、 今日のほぼすべてのデバイスは、 低消費電力やモバイルデバイスの領域においてさえも、 没入型のエクスペリエンスを実現するためのグラフィカルユーザインタフェースと拡張マルチメディア 機能を備えているためです。 最大3つの独立したディスプレイをサポートしていることによっても、 新し いプロセッサモジュールがさまざまな分野のアプリケーションに最適だと言うことがわかります。つま

3 NXP i.MX 8M Plusプロセッサを搭載したSMARCモジュール りNXP i.MX 8M Plusプロセッサプラットフォームは、 これまで何年も使用されてきた既存のすべての i.MX 6アプリケーションの完全な後継になります。 また、 これはコンガテックのSMARCモジュールの AMD、 およびIntelプロセッサのポートフォリオを、 よりエネルギー効率が高く、 コンパクトで、 モバイル 向けのソリューションプラットフォームへ拡張します。 新たな分野としては、 モバイルハンドヘルドデバ イスや車載アプリケーションがあります。 このモジュールは、 カメラとAIが統合されたことによって、 コ ンガテックとそのパートナーであるBasler社が広くサービスを提供するさまざまなビジョンアプリケー ションにも適しています。 SMARC Module ARM X86 i.MX 8M Plus Quad i.MX 8M Plus Quad with NPU conga-SMX8M-Plus NXP i.MX8 Quad Max NXP i.MX8 QuadPlus conga-SMX8 NXP i.MX8 QuadXPlus NXP i.MX8 DualXPlus conga-SMX8X NXP i.MX 8M Mini Quad (industrial) NXP i.MX 8M Mini Dual (industrial) NXP i.MX 8M Mini Solo (industrial) conga-SMX8-Mini Intel® Atom® x6425E Intel® Atom® x6413E Intel® Atom® x6211E Intel® Atom® x6212RE Intel® Atom® x6425RE Intel® Atom® x6414RE conga-SA7 Intel® Pentium® J6425 Intel® Celeron® J6413 Intel® Atom™ x7-E3950 Intel® Atom™ x5-E3940 Intel® Atom™ x5-E3930 Intel® Celeron® N3350 Intel® Celeron® J3455 conga-SA5 Intel® Pentium® N4200 コンガテックのSMARCモジュール製品リスト

4 NXP i.MX 8M Plusプロセッサを搭載したSMARCモジュール リアルタイムネットワーキングを使用したインダストリー 4.0アプリケーション i.MX 8M Plusプラットフォームのプロセッサを搭載した新しいSMARCモジュールは、 セーフティクリテ ィカルなアプリケーション、およびロボットや自律型運送車両などのネットワーク化されたインダスト リー4.0システムを、 リアルタイムで制御するための多くの魅力的な機能を提供します。 まずその機能 として、冗長マシン制御システムの障害検出に使用できるインテグレートされたウォッチドッグがあり ます。 リアルタイムクロックとTSN対応のギガビットイーサネットポートを使って、 リアルタイム同期を 備えた分散エッジシステムを構築することができます。 たとえば、 ネットワーク化された製造セルやプ ロセスの分野においてです。 NXP TrustZoneは、 ネットワーク化によってリスクが高まるサイバー攻撃 に対する保護を強化するための、 安全な実行環境を提供します。 これは、 ハードウェアによりアクセラ レートされたECCとRSA暗号化のための暗号化モジュール（CAAM）、 重要なソフトウェアを分離して 実行するためのリソース・ドメイン・コントローラ（RDC）、 およびブート中に許可されていないソフトウ ェアが実行されることを防止するHigh Assurance Bootモードによって実現します。 組込みビジョンシステムはフォーカス分野 i.MX 8M Plus搭載のSMARCモジュールのリリースは、 組込みビジョンシステム向けソリューションプラ ットフォームにおけるもう1つのマイルストーンで す。 コンガテックは、 2019年にBasler社とNXP Semiconductors社と共同で、 小売業向けディ ープラーニングアプリケーションのPoC（概念実 証）をすでに製作しています。 小売店向けの自動 化された精算システムを実現する統合AIソフト ウェアは、 このプラットフォームで動作します。 パ ンデミックによって、 非接触技術の人気が高まる につれ、このキットはこれまで以上に注目される ようになり、 パワフルなAIによるリアルタイム画 像解析のための、 新しいNPUとパワフルなイメ ージ・シグナル・プロセッサ（ISP）を備えたNXP i.MX 8M Plusプロセッサは、 そのようなアプリケ コンガテックは、アプリケーションレディの組込みビジョンキットに、i.MX 8M Plusプロ ーションにさらに魅力的な機能セットを提供しま セッサを搭載した新しいSMARC 2.1 conga-SMX8-Plusモジュール使用する予定です。 す。 ISPは、 375メガピクセル/秒（MP/s）のビデオ ストリームを処理することができます。 これは、 たとえば、画像のコントラスト最適化やレンズの歪み 補正などおこなう、 1秒あたり180枚のフルHD画像に相当します。 インテグレートされたニューラルプ ロセッサとOpenGL ES 3.1、 Vulkan VX extensions、 OpenCL 1.2 FP、 およびOpenVG 1.1のサポート によって、 ビジョンアプリケーションは独自の高い処理パフォーマンスを実現します。 COMとキャリアを使用したカスタマ独自の設計 すべてのコンピュータオンモジュールと同様に、 SMARCモジュールは3.5インチボードを持っていない カスタマにとっても魅力的です。 なぜならばアプリケーションレディのキャリアボードがすでに利用可 能であり、 SMARCモジュールをカスタマのシステムで直接使用することができるためです。 これによ り、 ハードウェア開発が実質的に不要になり、 ソフトウェア開発が大幅に加速され、 最終的には市場 投入までの時間が短縮されます。 製品ライフサイクルの過程で、簡単なモジュールの交換によってパフ ォーマンスの異なる製品を作ることも可能です。 また、 システムを長期間運用するために、プロセッサ が製造中止になった場合でも、最小限のNREコストで次世代のモジュールに切り替えることができま す。 これは最終的にROIを大幅に改善できることを意味しています。 このため、 COMは、 組込みコンピ ュータボードやシステムの市場でも主導的な地位を占めています。 SMARCのもう1つの魅力的なポイ

5 NXP i.MX 8M Plusプロセッサを搭載したSMARCモジュール ントは、この標準がArmとx86の両方をサポートしていると いう事実です。 その結果、潜在的な移行パスがさらに拡張 されます。 コンガテックのSMARCモジュールは、 現在24種 類あり、 必要なパフォーマンスや機能に応じて選択するこ とができます。 それでも、 システムのパフォーマンスが十分 である場合には、 今後も同じ製品を長期間に渡って再注 文することができます。 コンガテックは、 NXP i.MX 8M Plus プロセッサを搭載した新しいSMARCモジュールを15年間 に渡って長期供給することを表明しています。 SMARCモジュール用 コンガテックのキャリアボード Qsevenについてはどうですか？ コンガテックは、 SMARCに加えてQsevenモジュールも提供しています。 NXP i.MX 8M Plusプロセッ サ搭載のQsevenフォームファクタ製品のリリースは、 2021年の後半に予定されています。 SMARC とQsevenの2つのフォームファクターに大きな違いはありません。 ただ大まかに言えば、 SMARCは マルチメディアアプリケーション向けで、 Qsevenはさらに深く組み込まれるアプリケーションでより 多く使用されています。 著者: マーティン・ダンザー（Martin Danzer） コンガテック社プロダクトマネージメント ディレクター

コンガテック（congatec）について コンガテック（congatec）は、標準フォームファクタのCOM Express、Qseven、SMARCを使用した産業用コンピュータモジュー ル、およびシングル・ボード・コンピュータとカスタマイズサービスのリーディングサプライヤーです。 コンガテックの製品は、 産 業オートメーション、 医療、 エンターテインメント、 輸送、テレコミュニケーション、試験と計測、POSなど、さまざまな産業とアプ リケーションで使用できます。 コア知識と技術的ノウハウには、 独自の拡張BIOS機能と、包括的なドライバとボード・サポート・ パッケージが含まれます。 設計フェーズに続いて、 お客様は長い製品ライフサイクル管理を通じてサポートを受けることができ ます。 コンガテックの製品は、最新の品質基準に従って専門のサービスプロバイダーによって製造されています。 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, Twitter YouTube 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1-2-7 Sunyoung Center, 901 Building B, Chengde Rd. San Diego 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