Programmierbare Logik Kria: Xilinx steigt in System-on-Module-Markt ein

Redakteur: Michael Eckstein

Fertigungsreife Embedded-Boards mit passendem Entwickler-Kit sollen die Designzyklen für schnellen Einsatz verkürzen: Mit seinen ersten Kria-SOMs zielt Xilinx auf Vision-KI-Applikationen. Parallel baut der FPGA-Marktführer den ersten App Store für Beschleunigungs-Apps auf.

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Und los: Das KI-Starter-Kit Kria KV260 Vision ist eine erschwingliche und einfach einsetzbare, sofort betriebsbereite Entwicklungsplattform zum Design von Vision Applikationen.
Und los: Das KI-Starter-Kit Kria KV260 Vision ist eine erschwingliche und einfach einsetzbare, sofort betriebsbereite Entwicklungsplattform zum Design von Vision Applikationen.
(Bild: Xilinx)

Xilinx hat Kria vorgestellt – ein Portfolio von adaptiven System-on-Modules (SOMs) auf Basis von Field Programmable Gate Arrays, kurz FPGAs. Das sind fertigungsreife eingebettete Boards mit kompaktem Formfaktor, die einen schnellen Einsatz in Edge-basierten Applikationen ermöglichen sollen.

Damit Entwickler gleich loslegen können, liefert der FPGA-Marktführer einen umfangreichen Software-Stack und vorkonfigurierte Beschleuniger-Applikationen aus unterschiedlichen Anwendungsbereichen mit. So gerüstet, seien „adaptiven Kria SOMs eine neue Methode zur Bereitstellung des adaptiven Computing für KI- und Software-Entwickler“, sagte Evan Leal, Director of Product Marketing, Boards & Kits von Xilinx bei der Vorstellung.

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Das erste im Kria-SOM-Portfolio verfügbare Produkt, das Kria K26 SOM, zielt auf Vision-KI-Applikationen in Smart Cities und Smart Factories. Die SOM-Roadmap von Xilinx umfasst eine ganze Reihe von Produkten – von Modellen für Anwendungen mit Größenbeschränkungen und niedrigem Budget bis hin zu leistungsfähigeren Modulen, die Entwicklern mehr Echtzeit-Rechenleistung pro Watt bereitstellen.

Seit einiger Zeit entwickelt sich der Platzhirsch im Revier der programmierbaren Logikbausteine zunehmend vom reinen Chip- zum Plattform-Lieferanten. So hat Xilinx vor rund zwei Jahren seine programmierbaren Alveo-Erweiterungskarten vorgestellt, mit denen Rechenzentren gezielt definierte Rechenlasten beschleunigen können.

Damit ist die Marschrichtung vorgegeben: „Der Eintritt von Xilinx in den aufstrebenden SOM-Markt basiert auf unserer Evolution über das Chipgeschäft hinaus. Diese setzt sich mit der Einführung vollständiger Board-Level-Lösungen für Embedded-Systeme fort“, sagt Kirk Saban, Vice President for Product and Platform Marketing von Xilinx.

Die Kria-Produkte würden die Marktposition nun mit weiteren Edge-Applikationen erweitern. „Das Portfolio erschließt die Funktionen adaptierbarer Hardware für Millionen von Software- und KI-Entwicklern.“ Kern der Lösungen sind immer die bewährten FPGAs des Unternehmens. Laut Industrie-Reports wächst der SOM-Markt jährlich um etwa 11 Prozent. Der gesamte Marktumfang soll bis 2025 2,3 Mrd. Dollar erreichen, meldet etwa das QYR Electronics Research Center1.

Schneller von der Idee zum Markt

Die Kria SOMs nutzen „die Leistungs-, Performance- und Flexibilitätsvorteile der adaptierbaren Hardware von Xilinx“, erklärt Chetan Khona, Director of Industrial, Vision, Healthcare & Sciences, „in Form produktionsreifer, adaptiver Module“. Hardware und Software würden sich zu einer sofort einsetzbaren Ende-zu-Ende-Lösung ergänzen. Im Unterschied zum „Chip-down Design“ würden die SOM Entwicklern erlauben, an einem weiter fortgeschrittenen Punkt im Designzyklus anzusetzen. So ließe sich die Zeit bis zum Marktstart um bis zu neun Monate verkürzen.

Das Kria K26 SOM basiert auf der Zynq UltraScale+ MPSoC-Architektur, die einen Quad-Core Cortex-A53-Prozessor von ARM enthält. Daneben sind über 250K Logikzellen sowie ein H.264/265 Video-Codec integriert. Das SOM umfasst außerdem 4 GB DDR4-Spoeicher und 245 IOs, über die man es „mit nahezu jedem Sensor oder Schnittstelle verbinden kann“.

Xilinx gibt für sein Kria-K26-SOM bis zu 1,4 Tera-Operations per second (TOPS) an KI-Rechenleistung an. Damit sollen Entwickler Vision-KI-Applikationen mit dreifach höherer Performance bei geringerer Latenz und Leistungsverbrauch aufbauen können, als dies mit GPU-basierten SOMs möglich sei. Gerade bei Smart-Vision-Applikationen im Bereich Sicherheit, Verkehrs- und Überwachungskameras, Einzelhandels-Analytik, Machine Vision und vision-gesteuerten Robotern wäre dies ein wichtiger Punkt.

Neue Möglichkeiten für Millionen Software-Entwickler

Xilinx hat nach eigenen Angaben intensiv in seine Tool-Flows investiert, um KI- und Software-Entwicklern ohne Hardware-Expertise das adaptive Computing besser zu erschließen. Das Kria SOM-Portfolio verlagert diesen Zugang auf die nächsthöhere Ebene durch Kopplung der Hardware- und Software-Plattform mit fertigungsreifen beschleunigten Vision-Applikationen.

Diese schlüsselfertigen Applikationen eliminieren laut Xilinx den gesamten FPGA-Hardware-Designprozess. Sie verlangen von den Software-Entwicklern nur die Integration ihrer kundenspezifischen KI-Modelle, den Applikations-Code und die Modifizierung der Vision-Pipeline – unter Einsatz ihrer vertrauten Design-Umgebungen. Dazu zählen TensorFlow, Pytorch oder den Café Frameworks, sowie die Programmiersprachen C, C++, OpenCL- und Python. Ermöglicht wird dies durch die Vitis Unified Software Development Plattform und Bibliotheken.

Erster App Store für Beschleunigungs-Apps

In diesem neuen Paradigma der Beschleunigung von Applikationen beim Software-basierten Design kündigt Xilinx den ersten eingebetteten App Store für Edge-Applikationen an. As Erweiterung des Alveo App-Katalogs für Rechenzentren bietet der Xilinx App Store jetzt eine breite Auswahl von Apps für Kria SOMs von Xilinx und seinen Ökosystem-Partnern. Die Angebote von Xilinx sind beschleunigte Open-Source Applikationen. Sie sind kostenfrei und reichen von Smart Camera Tracking und Gesichtserkennung bis zur Verarbeitung natürlicher Sprachen mit Smart Vision.

Die Kria SOMs sollen Entwicklern eingebetteter Systeme auch die Kundenspezifizierung und Optimierung mit Unterstützung des Standard Yocto-basierten PetaLinux ermöglichen. Xilinx kündigt außerdem erstmals eine Kollaboration mit Canonical für Ubuntu Linux Support an, der außerordentlich populären, von KI-Entwicklern bevorzugten Linux Distribution. Dies sichert die allgemeine Vertrautheit der KI-Entwickler und die Interoperabilität mit existierenden Applikationen. Die Anwender können in jeder Umgebung entwickeln und jeden gewünschten Weg zur Fertigung einschlagen. Beide Umgebungen kommen vorkonfiguriert mit einer Software-Infrastruktur und hilfreichen Utilities.

„Für Smart Vision Applikationen bevorzugen Entwickler und Innovatoren die Ubuntu Umgebung, die sie von der Cloud bis zum Desktop kennen“, sagt Thibaut Rouffineau, Vice President of Marketing von Canonical/Ubuntu. „Wir freuen uns mit Xilinx, den Kria SOM-Kunden hohe Produktivität in einer Out-of-the-Box Lösung zu bieten, und damit den reibungslosen Übergang von der Entwicklung zur Produktion mit garantierte Stabilität und Sicherheit in der Anwendung.“

Low-Cost Entwicklungs-Kit, sofort einsetzbar

Das KI-Starter-Kit Kria KV260 Vision ist eine erschwingliche und einfach einsetzbare, sofort betriebsbereite Entwicklungsplattform zum Design von Vision Applikationen. Das Kit ist laut Xilinx dafür ausgelegt, beschleunigte Vision Applikationen, die im Xilinx App Store verfügbar sind, zu unterstützen. Das ist eine ausgezeichnete Methode für schnelles Arbeiten, wobei die Applikation in weniger als einer Stunde fertig ist und läuft - ohne spezielle Kenntnisse über FPGAs oder FPGA-Tools.

Ein wichtiger Teil der Entwicklungserfahrung mit Kria sei „der selbstaktivierte Pfad zur Exploration, zum Design und letztlich zum Einsatz in der Produktion durch einen umfangreichen Satz von Online-Ressourcen“. Hobbyisten, Maker und auch kommerzielle Entwickler könnten in jeder Phase der Entwicklung den Designzyklus mit Video-Tutorials, Trainingskursen beschleunigen, ist Khona überzeugt. Ein umfangreiches Ökosystem von Anbietern hält beschleunigte Applikationen, Design-Services und vieles andere mehr bereit.

Preis und Verfügbarkeit

Der Kria KV260 Vision KI Starter-Kit kommt zum niedrigen Preis von 199 US-Dollar. Wenn die Anwender ihre Entwicklung aufnehmen möchten, können sie sofort auf den Kria K26 SOM zugreifen, einschließlich seiner kommerziellen und industriellen Varianten, zu Preisen von 250 bzw. 350 US-Dollar.

Die Kria K26 SOMs und der KV260 Vision KI Starter Kit können ab sofort bei Xilinx und seinen weltweiten Distributoren bestellt werden. Auch der KV260 Vision Starter-Kit ist ab sofort verfügbar. Der commercial-grade Kria K26 SOM wird ab Mai 2021 ausgeliefert, der industrial-grade K26 SOM ab diesem Sommer. Die Verfügbarkeit von Ubuntu Linux auf Kria K26 SOMs ist für den Sommer vorgesehen.

* 1. Quelle: QYR Electronics Research Center, “Global System on Module SOM Market Report, History and Forecast 2014-2025”, Juli 2019.

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