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機(jī)器人作為人工智能產(chǎn)業(yè)重要且關(guān)鍵的組成部分，對(duì)芯片的依賴度可以說(shuō)非常高。機(jī)器人穩(wěn)定的運(yùn)動(dòng)控制，敏銳的環(huán)境感知很大程度上取決于其應(yīng)用的核心半導(dǎo)體器件性能。不少芯片企業(yè)在機(jī)器人領(lǐng)域都有所布局，有些還推出了機(jī)器人一整套開(kāi)發(fā)平臺(tái)。那些鼎鼎有名的機(jī)器人開(kāi)發(fā)平臺(tái)在一定程度上引領(lǐng)了機(jī)器人行業(yè)的變革。
英特爾的Edison/HERO、英偉達(dá)的Isaac到高通的RB5/RB6等等知名的機(jī)器人平臺(tái)每次更新都會(huì)為機(jī)器人行業(yè)帶來(lái)不少未來(lái)機(jī)器人發(fā)展的新方向。這些引領(lǐng)了機(jī)器人行業(yè)變革的機(jī)器人平臺(tái)實(shí)力幾何，在最近的迭代中又給機(jī)器人市場(chǎng)帶來(lái)了哪些新風(fēng)向？
英特爾Edison到HERO：從通用到機(jī)器人專精
要說(shuō)入局機(jī)器人芯片的大廠，英特爾屬于較早一批。從英特爾的收購(gòu)版圖就不難看出，自收購(gòu)意大利半導(dǎo)體制造商Yogitech，到后續(xù)的Airware、Itseez以及Yuneec，其在智能機(jī)器人、人工智能以及無(wú)人駕駛方面可謂是野心勃勃。在加速布局智能機(jī)器人、人工智能以及無(wú)人駕駛的同時(shí)，在當(dāng)時(shí)，英特爾本身也有實(shí)感技術(shù)機(jī)器人開(kāi)發(fā)工具包RealSense RDK以及通用計(jì)算平臺(tái)Edison——用于智能機(jī)器人等硬件領(lǐng)域。
本質(zhì)上看，Edison并不是專攻機(jī)器人方向的平臺(tái)，而是通用計(jì)算平臺(tái)，由一枚雙核Quark SOC 的芯片驅(qū)動(dòng)，運(yùn)行l(wèi)inux系統(tǒng)程序，配置了核心計(jì)算平臺(tái)，計(jì)算能力強(qiáng)大。相較于之前的Galileo開(kāi)發(fā)板，Edison的定位更具體一些，能夠直接被用于原型構(gòu)建上，畢竟英特爾給它的定位是“模塊化的SOC加上為特定應(yīng)用領(lǐng)域定制的擴(kuò)展板系統(tǒng)”。當(dāng)時(shí)受到英特爾官方推薦的Romeo for Edison機(jī)器人主控，就是融合了奔騰級(jí)計(jì)算機(jī)、Romeo三合一控制器和WiFi、藍(lán)牙，將原本上位機(jī)+Arduino主控+電機(jī)驅(qū)動(dòng)板的復(fù)雜系統(tǒng)集成在了同一個(gè)小尺寸中。
雖然說(shuō)Edison并不是專注于機(jī)器人領(lǐng)域的平臺(tái)，但當(dāng)時(shí)Edison的推出，大大加快了機(jī)器人智能硬件的開(kāi)發(fā)，幫助了不少創(chuàng)客團(tuán)隊(duì)和創(chuàng)業(yè)公司。而從Edison到HERO，則是英特爾從通用平臺(tái)到機(jī)器人系統(tǒng)平臺(tái)的細(xì)化升級(jí)。
Heterogeneous Extensible Robot Open Platform（HERO）是英特爾專為智能機(jī)器人打造的一套低功耗、高性能、體積小的異構(gòu)系統(tǒng)平臺(tái)。整套HERO硬件系統(tǒng)采用了英特爾系列CPU，搭載英特爾Arria 10 GX系列FPGA作為異構(gòu)加速器，搭配其他專用加速器芯片來(lái)提供高效的性能。CPU和FPGA之間通過(guò)8通道PCIe高速接口進(jìn)行通信，帶寬極高，同時(shí)為了應(yīng)對(duì)機(jī)器人空間受限的問(wèn)題，整套系統(tǒng)板卡控制在17×17×9的緊湊尺寸內(nèi)。其精心設(shè)計(jì)的核心板加IO板的雙板獨(dú)立結(jié)構(gòu)也給予整個(gè)平臺(tái)相當(dāng)高的靈活度。
在近期HERO平臺(tái)的報(bào)道上，類腦芯片與機(jī)器人平臺(tái)的融合成了除了機(jī)器人人工智能、邊緣計(jì)算應(yīng)用、機(jī)器人視覺(jué)這些老生常談的話題之外的新動(dòng)向。英特爾將第二代類腦神經(jīng)擬態(tài)芯片Loihi 2和機(jī)器人HERO異構(gòu)計(jì)算平臺(tái)結(jié)合，以加速類腦感知應(yīng)用落地，這一融合也體現(xiàn)了英特爾在機(jī)器人與人工智能的結(jié)合點(diǎn)上看重了機(jī)器人學(xué)習(xí)的能力。
高通：RB5到RB6的平臺(tái)迭代革新
早些年前，高通在驍龍845處理器的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)了首款機(jī)器人芯片RB3，通過(guò)異構(gòu)計(jì)算架構(gòu)結(jié)合高通的人工智能引擎在當(dāng)時(shí)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了滿足工業(yè)機(jī)器人的低時(shí)延和高吞吐量性能要求。在RB3的基礎(chǔ)上，高通在2020年6月推出了迭代產(chǎn)品——機(jī)器人RB5平臺(tái)，RB5平臺(tái)基于Snapdragon 865芯片組，在RB3基礎(chǔ)上提供了豐富的硬件、軟件和開(kāi)發(fā)工具組合，成為高通專為機(jī)器人設(shè)計(jì)的高集成度整體解決方案，在業(yè)內(nèi)享有盛譽(yù)。
（機(jī)器人RB6平臺(tái)，高通）
本月，高通在一年一度的高通5G峰會(huì)上，推出了高通機(jī)器人RB6平臺(tái)和基于高通RB5自主移動(dòng)機(jī)器人（AMR）參考設(shè)計(jì)。RB6平臺(tái)到來(lái)，離不開(kāi)兩個(gè)關(guān)鍵詞——5G和AI。RB6在前一代基礎(chǔ)上拓展了前沿5G和邊緣AI技術(shù)，適用于AMR、配送機(jī)器人、高度自動(dòng)化制造機(jī)器人、協(xié)作機(jī)器人各類機(jī)器人應(yīng)用。雖然在RB5上額外的夾層板已經(jīng)能夠提供視覺(jué)、傳感器、電機(jī)控制、工業(yè)和通信，能為各種應(yīng)用提供5G、AI、異構(gòu)計(jì)算、計(jì)算機(jī)視覺(jué)引擎、先進(jìn)的ISP多攝像頭并發(fā)。但對(duì)高通來(lái)說(shuō)，這仍然不夠，RB6憑借增強(qiáng)的5G技術(shù)提供領(lǐng)先的5G能力，在全球主流網(wǎng)絡(luò)、企業(yè)網(wǎng)絡(luò)和專網(wǎng)中支持Sub-6GHz和毫米波頻段，跨三個(gè)TDD信道的5G Sub-6GHz載波聚合能夠在極具挑戰(zhàn)性的環(huán)境下，支持更高的平均速度和更穩(wěn)健的連接。AI方面，RB6平臺(tái)通過(guò)增強(qiáng)的高通AI引擎帶來(lái)頂級(jí)的邊緣AI和視頻處理功能，支持每秒70至200萬(wàn)億次運(yùn)算，相比RB5每秒15 Tera運(yùn)算（TOPS）的計(jì)算，性能的增強(qiáng)不言而喻。強(qiáng)大的AI引擎加上Hexagon張量加速器的輔助，推理和準(zhǔn)確性也相當(dāng)有保障。
RB6平臺(tái)靈活的架構(gòu)也非常靈活，可以通過(guò)擴(kuò)展卡支持不斷演進(jìn)的連接特性，包括通過(guò)擴(kuò)展卡讓高通機(jī)器人RB6平臺(tái)在未來(lái)支持3GPP Release 15、 16、17和18特性。而其他諸如SDK融合多媒體、深度學(xué)習(xí)、CV等等模塊，也都能支持端到端的機(jī)器人應(yīng)用部署。
RB6平臺(tái)給機(jī)器人帶來(lái)的性能拔高將很有力地帶動(dòng)一波機(jī)器人行業(yè)在5G上的升級(jí)，高通在機(jī)器人應(yīng)用上也一直堅(jiān)持走5G+AI發(fā)展路線，在機(jī)器人和智能設(shè)備領(lǐng)域帶領(lǐng)了更智能、更安全、更先進(jìn)的一輪輪創(chuàng)新。
英偉達(dá)Isaac：卓絕的傳感與計(jì)算
英偉達(dá)在機(jī)器人應(yīng)用上一直強(qiáng)調(diào)“自主”，為了滿足機(jī)器人行業(yè)的開(kāi)發(fā)需求，英偉達(dá)很早就開(kāi)始基于Isaac軟件研發(fā)套件及各類框架、工具、應(yīng)用程序接口及數(shù)據(jù)庫(kù)，以此加速機(jī)器人算法及軟件的研發(fā)。隨著越來(lái)越多的ROS開(kāi)發(fā)者借助具備計(jì)算能力的硬件平臺(tái)減輕主機(jī)CPU的負(fù)載，ROS不斷優(yōu)化，旨在便于開(kāi)發(fā)者有效利用這些先進(jìn)的硬件資源，目前英偉達(dá)也正在擴(kuò)展基于硬件加速的GEMS，并將AI算法以開(kāi)源的形式提供給ROS社區(qū)。
Isaac機(jī)器人平臺(tái)的硬件資源使用的是Jetson AGX平臺(tái)，這個(gè)系列大家想必大家不會(huì)陌生。在Jetson AGX Orin 系列尚未與機(jī)器人應(yīng)用磨合完成的情況下，Jetson AGX Xavier系列極小的100 x 87mm尺寸加上高達(dá)32 TOPS的性能仍然是目前機(jī)器人硬件平臺(tái)中最火熱的選擇之一。
（Orin系列，英偉達(dá)）
近期發(fā)布的Jetson AGX Orin加上強(qiáng)大的傳感器套件，就是新一代的機(jī)器人硬件平臺(tái)——Isaac Nova Orin，被英偉達(dá)譽(yù)為最先進(jìn)的自主移動(dòng)機(jī)器人架構(gòu)平臺(tái)，預(yù)計(jì)會(huì)在今年晚些時(shí)候發(fā)布。Isaac Nova Orin想要實(shí)現(xiàn)的，是將復(fù)雜的環(huán)境傳感和計(jì)算一體化、完全集成化。根據(jù)英偉達(dá)官網(wǎng)介紹，Isaac Nova Orin包括2個(gè)Jetson AGX Orin、用于高分辨率/高速相機(jī)的高吞吐量接口（GMSL）和大量IO端口。傳感器連接確保了跨傳感器的同步相機(jī)捕獲同步和全局時(shí)間戳。
之所以說(shuō)是這個(gè)平臺(tái)帶來(lái)了卓絕的傳感，不妨看一下平臺(tái)的傳感器套件。攝像頭混合了用于近距離視覺(jué)的廣角魚眼相機(jī)以及用于檢測(cè)更遠(yuǎn)距離的高保真深度相機(jī)，測(cè)繪、導(dǎo)航則應(yīng)用2D+3D激光雷達(dá)組合，輔助以超聲波、IMU、車輪編碼器和GPS，傳感器的多樣性和冗余性不僅能實(shí)現(xiàn)更強(qiáng)的傳感功能還能最大限度地延長(zhǎng)機(jī)器運(yùn)行時(shí)間。而計(jì)算能力自不必多說(shuō)，性能高達(dá)550TOPS的AI表現(xiàn)和高帶寬的傳感器輸入，讓人很期待新系列平臺(tái)面世后市場(chǎng)表現(xiàn)。
寫在最后
不同廠商在機(jī)器人平臺(tái)迭代升級(jí)的路線上選擇了不同的側(cè)重點(diǎn)，不管是英特爾HERO平臺(tái)看重的學(xué)習(xí)能力，高通RB6平臺(tái)在5G+AI上的融合升級(jí)，還是英偉達(dá)Isaac Nova Orin平臺(tái)在傳感與計(jì)算上的突破，以及還有AMD在視覺(jué)上的機(jī)器人ROS 2的應(yīng)用整合，這些富有代表性的都代表了半導(dǎo)體行業(yè)在機(jī)器人領(lǐng)域上看中的發(fā)展方向，這些先進(jìn)的有著突破性的硬件資源升級(jí)推動(dòng)了機(jī)器人行業(yè)一次又一次的變革。
