從特性到應用，以智能技術發(fā)揮創(chuàng)新優(yōu)勢的X2000

2022-08-17 來源：作者：深圳市中電網絡技術有限公司

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受大環(huán)境影響，2021年很多企業(yè)財報略顯平平，但平平之中也不乏亮點---物聯(lián)網業(yè)務的增速讓越來越多的企業(yè)將其視為營收支柱。經過幾年的滲透，物聯(lián)網應用已逐漸覆蓋智慧工業(yè)、智慧農業(yè)、智慧零售、智慧能源、智慧交通出行等行業(yè)。物聯(lián)網技術深刻影響著現(xiàn)有的行業(yè)需求與產業(yè)格局。在物聯(lián)網應用落地階段，那些簡單易用、適用于多種場景、低功耗的物聯(lián)網方案將在龐大的體量市場脫穎而出。

算力高、智能強、功耗低是目前物聯(lián)網微處理器技術的關鍵指征。北京君正是國產微處理器的最早倡導者，在嵌入式CPU領域設計經驗豐富，擁有自主研發(fā)的XBurst架構。XBurst CPU指令集兼具RISC指令與SIMD指令優(yōu)勢，融合了計算、多媒體加速以及信號處理能力，且在極低的功耗下高速發(fā)射指令。

北京君正面向智能物聯(lián)網市場推出的新一代SoC X2000，采用北京君正自研CPU內核、VPU及ISP等關鍵技術，是一款高性能、多核跨界處理器。北京君正XBurst?2的首次亮相即使用在X2000上。X2000 CPU內核采用XBurst?2邏輯雙核+ XBurst?0三核異構布局，具有應用處理器的出色算力，微控制器實時控制、低功耗的特點。

圖像、視頻、算力、互聯(lián)等各方面的強強聯(lián)合，使X2000成為智能互聯(lián)時代一款不可多得的主控芯片，既可以作為獨立的處理單元使用，也可以多顆X2000分工合作成為一個較大規(guī)模的智能單元，進一步加強媒體處理能力和人工智能算力。

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X2000特別適用于各類消費和商業(yè)的嵌入式應用，如智能商業(yè)、智能物聯(lián)網、智能可穿戴、生物特征和圖像識別、音視頻編解碼等領域。X2000產品亮點非常值得廣大用戶不斷深入挖掘，在產品設計中創(chuàng)新應用。下面我們詳細對其算力、三攝、AI能力及低功耗特點進行解讀。

獨特的三核結構成就非凡算力

X2000是一款面向商業(yè)市場的新一代多核異構跨界處理器產品，其算力體現(xiàn)于獨特的CPU結構，即XBurst?2邏輯雙核+ XBurst?0三核異構布局：主核采用君正最新一代高性能處理器內核XBurst?2，包含128-bit SIMD擴展指令，小核擅長實時控制。值得一提的是，XBurst?是北京君正完全自主知識產權的32位RISC CPU內核，同時兼容MIPS架構、硬件浮點運算單元、內存管理單位。XBurst?2邏輯雙核+ XBurst?0三核配置為X2000提供了相當于四核Cortex-A53的能力。

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X2000內部集成了豐富的多媒體、互聯(lián)資源。如下圖所示，X2000內部資源與大核、小核的邏輯關系，這是X2000跨界應用的硬件基礎。X2000大小核跨界應用的場景分為以下三種：一是小核為大核的運算助力；二是小核與外圍接口實現(xiàn)自定義接口；三是小核根據(jù)大核任務需要實時控制外部控制。

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圖：X2000內部資源相對于大核、小核的關系

賦能端側AI是X2000的重要定位

X2000屬于MPU，這個產業(yè)定位決定了其有部署端側AI的使命，同時具備軟硬結合的能力。具體來說，硬實力是固化在芯片上的XBurst?2算力、指令集、內存管理、低功耗等；軟實力表現(xiàn)在君正團隊多年耕耘掌握的自主可控的操作系統(tǒng)、各類物聯(lián)網應用開發(fā)支持套件，以及君正深度神經開放平臺MAGIK的訓練、優(yōu)化、部署等。

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建立在圖像、視頻、互聯(lián)等各方面的強大能力組合之上的AI能力，勢必使X2000成為完整的智能單元獨立部署于端側。X2000作為一個端側AI平臺，用戶可將君正芯片的應用從IoT提升至AIoT提供了豐富的可能性。此外，多顆X2000分工合作，也可形成強大的AI能力，成就一個較大規(guī)模的智能單元或分布式智能系統(tǒng)。

端側AI，或稱嵌入式AI的價值包括：

更快更緊密的交互方式，因為模型在本地執(zhí)行，延遲?。?/span>

更自主的服務方式，因為在沒有很好網絡的情況下仍然可以很好的提供服務；

更好的保護隱私，因為在本地進行數(shù)據(jù)收集和處理，數(shù)據(jù)不必上傳。

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圖：完整、準確理解X2000的應用潛能

X2000廣泛的細分應用支持：

檢測類：人形檢測、人臉檢測、寵物檢測、活體檢測、哭聲檢測、車輛檢測

識別類：人臉識別、文字識別、車牌識別

豐富靈活的節(jié)能降耗技術

X2000獨特的三核結構不僅提供高算力，而且體現(xiàn)了低功耗技術的新高度，包括CPU架構的低功耗優(yōu)勢、關鍵IP核的低功耗設計、業(yè)界領先的SoC電源與時鐘規(guī)劃三個層次，以及從硬件到軟件的全方位設計，節(jié)能降耗技術基礎扎實。此外，采用28nm制程工藝，更將X2000的功耗降到了“新低度”。

君正的CPU 內核基于MIPS架構，已更新三代。XBurst?2是君正CPU的最新版本。根據(jù)嵌入式典型應用場景測試結果，XBurst?2內核算力相當于Cortex-A53的1.3倍，但典型功耗僅相當于Cortex-A53的0.5倍。X2000整個SoC（含128MB LPDDR3）的典型工作功耗<380mW。

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圖：XBurst?2的典型功耗水平

XBurst?2典型功耗水平低得益于兩個方面，分別是MIPS架構的優(yōu)勢以及君正自研CPU內核的優(yōu)勢。XBurst?2基于MIPS32 ISA R5和MIPS SIMD ISA:MSA 128，這種架構確保了該CPU內核在實現(xiàn)高性能的同時，繼續(xù)保持低功耗特色。XBurst內核積累了大量的技術經驗來降低動態(tài)和靜態(tài)功耗水平，這包括：

降低電壓、動態(tài)管理、降低翻轉率、降低電容、各種降低漏電的措施

X2000的機器視覺能力如何實現(xiàn)？

X2000實現(xiàn)了三個攝像頭同時接入，其中兩個可實現(xiàn)雙攝同步，而這僅是其圖像輸入能力，其圖像輸出能力表現(xiàn)在VPU模塊的編碼能力和通信模塊的千兆互聯(lián)能力。這為用戶在圖像采集傳感器種類的選擇、多攝像頭配合使用模式、圖像識別的深度和廣度等方面提供了極大的靈活性，為X2000用于機器視覺提供了廣闊的技術空間。

X2000的圖像處理功能電路由MIPI-CSI 接口電路、ISP視頻接口模塊（VIC）、ISP內核、圖像后處理模塊MScaler和攝像頭接口模塊（CIM）組成。如下圖所示。

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圖：X2000的圖像處理能力

X2000有兩種攝像頭接口：MIPI-CSI和DVP，可以是可見光攝像頭，也可以是紅外攝像頭。

MIPI-CSI接入攝像頭：

可接入1個4-lane的攝像頭，這種模式下分辨率可達1080P@120fps；

可接入1個或2個2-lane的攝像頭，這種模式下每路圖像的分辨率可達1080P@60fps；

DVP接入攝像頭：

接入1路raw8 / 10 / 12 / YUV42。

將想法變?yōu)楝F(xiàn)實的X2000開發(fā)套件

Halley5是北京君正為用戶提供的X2000開發(fā)套件，包括開發(fā)板、開源Linux操作系統(tǒng)、燒錄工具和SDK，用于物聯(lián)網、智能硬件的原型機開發(fā)和演示。Halley5是一個開箱即用的智能硬件解決方案，開發(fā)者驗證和開發(fā)十分方便，同時可使物聯(lián)網設備快速、安全地連接至云服務平臺和手機端，縮短開發(fā)周期并快速推向市場。

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Halley5具有豐富的外設支持，軟硬件設計全部開源，支持linux系統(tǒng)、Freertos、OpenHarmony，核心模組郵票孔設計，便于客戶進行二次開發(fā)，廣泛應用于人臉識別、中控面板、可視門鈴、二維碼門禁和氣體檢測方案。

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圖：方案框圖

X2000 開發(fā)套件采用多板層疊結構：包括核心板（Core）+ 底板（Base）+ OLED 擴展板+Camera 擴展板+ DMIC 板。如上圖所示，核心板主要包含 X2000 處理器+ Wi-Fi/BT 模組 + SPI NAND Flash（256MB），以四面郵票孔形式引出；底板包括電源輸入以及一些外設的擴展接口，調試接口等。Camera 擴展板支持 4 lane/2 lane/1lane 的MIPI 接口和 8 /10 /12 bit DVP 接口的攝像頭。

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