家居監控市場(chǎng)需求增長(cháng)，如何選擇內存技術(shù)以適應新型系統架構

隨著(zhù)人工智能和機器學(xué)習技術(shù)的發(fā)展，為了支持ISP，市場(chǎng)對更大信號處理量和更高速內存的需求將持續增長(cháng)。

本文作者：華邦電子DRAM營(yíng)銷(xiāo)經(jīng)理 曾一峻

近年來(lái)，人工智能（AI）和機器學(xué)習（ML）技術(shù)產(chǎn)品需求激增。但研究發(fā)現，在自動(dòng)駕駛等應用中，讓機器學(xué)習人類(lèi)與生俱來(lái)的技能和判斷力，簡(jiǎn)直難若登天。盡管在部分領(lǐng)域，有關(guān)AI的炒作已經(jīng)超越現實(shí)，仍有不少采用ML功能的真實(shí)產(chǎn)品開(kāi)始逐漸吸引消費者的目光。例如采用智能視覺(jué)的安防和家居監控系統，就擁有巨大的潛力：分析公司Strategy Analytics預測，2019年至2023年間，家居安防攝像頭市場(chǎng)的增長(cháng)率將超過(guò)50%，市值將從80億美元增至130億美元。

由于影像和場(chǎng)景識別被認為是最適合發(fā)展ML技術(shù)的功能之一，智能攝像頭得以蓬勃發(fā)展。家居監控系統中的智能功能可用于：

看護老年人或弱勢群體

監測嬰兒睡眠時(shí)呼吸是否正常

識別住戶(hù)或寵物的面部（例如智能門(mén)鈴或智能寵物門(mén)），自動(dòng)允許他們進(jìn)入

監控住宅周邊的可疑活動(dòng)，并觸發(fā)入侵警報

這些搭載高級圖像信號處理器（ISP）的新型智能監控系統，其實(shí)就是具有特定功能的計算機。這一類(lèi)的最新產(chǎn)品采用類(lèi)似于計算機的架構，需要依靠高速DRAM系統的低延遲、高帶寬作業(yè)來(lái)儲存在ISP上執行的應用程序代碼。本文將探討影響新型家居安防監控系統類(lèi)別中DRAM技術(shù)選擇的因素，并說(shuō)明DRAM的發(fā)展如何對應ISP型架構的特定需求。

功能完善的計算機攝像頭系統內存

用于家居安防監控的最新智能攝像頭，使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )來(lái)進(jìn)行影像或場(chǎng)景識別。這些監控系統包含推理引擎：這是一種經(jīng)過(guò)訓練的軟件算法，可以通過(guò)檢視和分析訓練數據集中所含的數千或數百萬(wàn)個(gè)已標記影像，“學(xué)會(huì )”識別影像或場(chǎng)景類(lèi)型。

圖1：NetGear Arlo，早期的AI家居安防攝像頭之一。（影像出處：Scott Lewis，根據創(chuàng )作共享授權）

執行推理引擎是一項運算量很大的工作負載，因此一些最新的家居監控系統會(huì )搭載高效能的整合式ISP，以及芯片組制造商（例如Ambarella）的AI推理引擎，這些ISP通常采用功能強大的Arm® Cortex®-A系列應用處理器核心。

另一種常見(jiàn)家居安防攝像頭設計的方法是“Light AI”，該方法使用Omnivision、Kneron和NXP Semiconductors等制造商所生產(chǎn)的體積較小、功能較少的芯片組。雖然Omnivision和NXP已是全球知名的高級傳感器和處理器芯片供貨商，但隨著(zhù)近幾年Kneron迅速崛起，該公司成為AI技術(shù)的領(lǐng)導者，其KL520被EE Times評選為十大邊緣AI應用芯片組之一（www.eetimes.eu/top-10-processors-for-ai-acceleration-at-the-endpoint/）。

因此，這些以AI為出發(fā)點(diǎn)的家居監控系統其實(shí)也應算是計算機攝像頭（如圖1），與老式的閉路電視（CCTV）攝像頭，或單純記錄場(chǎng)景含有時(shí)間戳視頻片段的安防攝像頭，是完全不同的裝置。新一代的家居安防攝像頭采用計算機型態(tài)的架構，并配備充足的高速DRAM內存來(lái)儲存復雜的推理引擎和其他應用程序代碼 （如圖2）。

圖2：家居安防攝像頭的典型系統架構包含支持ISP的DRAM系統內存（以Ambarella CV25S為例）

但家居監控系統不同于平板電腦、智能手機或其他通用型計算機，具有專(zhuān)用的影像和推理功能，可充分發(fā)揮組件和系統架構的效能。這代表DRAM單純是為了滿(mǎn)足影像信號處理功能的需求，而非一般的運算任務(wù)。

因此，家居安防攝像頭制造商發(fā)現，相比使用智能手機或筆記本電腦中常見(jiàn)的高容量4GB、8GBDRAM，專(zhuān)用的低容量或中容量LPDRAM更具優(yōu)勢。

圖3：展示板上為Kneron KL520 SoC。KL520神經(jīng)處理單元（NPU）獲EE Times評選為十大邊緣AI應用芯片組之一（KL520內含華邦512Mb LPDDR2 KGD）

省電、長(cháng)效且可靠

能耗問(wèn)題極大地影響了制造商對DRAM類(lèi)型以及DRAM供貨商的選擇。針對高端計算機和平板電腦，OEM需要盡量提高DRAM內存容量和帶寬最大化，并盡量降低成本，因此必須選擇采用領(lǐng)先工藝制程的最新DRAM技術(shù)。

相比之下，家居安防和監控攝像頭更注重：

省電：例如，智能視頻門(mén)鈴的設計必須延長(cháng)其一次性堿性電池的工作時(shí)間，以最大程度地減少更換電池的頻率。

長(cháng)效：根據家居監控系統市場(chǎng)的經(jīng)濟狀況要求，一款成功的設計必須在市場(chǎng)上維持三年以上。因此，供貨商必須保障這些設計中的組件有長(cháng)效的使用壽命，避免OEM定期重新設計硬件。

可靠性：由于家居監控系統必須安裝在精確的固定位置才能拍攝到所需的場(chǎng)景，這意味著(zhù)維修和更換都需要技術(shù)人員到場(chǎng)處理，相比將故障的筆記本電腦寄回維修中心，成本要高出許多。因此，客戶(hù)和OEM都非常重視單個(gè)組件及整體系統的可靠性。

以上因素也將影響OEM對DRAM產(chǎn)品和供貨商的評估。專(zhuān)用內存制造商，與采用頂尖制程并專(zhuān)注于PC和服務(wù)器市場(chǎng)的大型DRAM制造商，兩者的方法形成鮮明對比。

DRAM的專(zhuān)業(yè)供貨商能為可采用傳統DRAM技術(shù)運作的應用提供多元的產(chǎn)品，而非供應最先進(jìn)的產(chǎn)品。例如，華邦供應的產(chǎn)品包括DDR、DDR2和DDR3標準版本的SDRAM，還有用于功率敏感設計的低功耗LPDDR、LPDDR2、LPDDR3、LPDDR4和LPDDR4x行動(dòng)內存（Mobile DRAM）。

主流DRAM制造商的制程也針對內存容量和晶粒成本進(jìn)行了優(yōu)化。選擇不采用尖端技術(shù)的制造商可以自由改進(jìn)傳統制程，更全面地滿(mǎn)足工業(yè)、汽車(chē)、醫療和消費市場(chǎng)的需求。華邦在臺灣的行動(dòng)內存晶圓廠(chǎng)實(shí)施的制程，能最大程度降低裝置的功耗，從而幫助華邦的標準版DRAM產(chǎn)品提供比競爭對手的標準產(chǎn)品更好的電源性能。

家居監控系統的OEM也需要依賴(lài)其所選組件的可靠性，其中專(zhuān)用內存供貨商的作業(yè)配置也是為了滿(mǎn)足市場(chǎng)需求。華邦的LPDRAM可以提供高可靠性保證。

最后，雖然主流的高容量DRAM功能接口與PC和服務(wù)器所使用的x86微處理器架構兼容，但專(zhuān)用DRAM能進(jìn)行調整，以更簡(jiǎn)易的方式與其他類(lèi)型的處理器（尤其是Arm架構裝置）整合。為了簡(jiǎn)化家居監控系統制造商的系統整合，華邦與ISP芯片組制造商合作，為智能監控攝像頭的參考設計板提供支持。

支持快速開(kāi)發(fā)更高級的監控系統

隨著(zhù)人工智能和機器學(xué)習技術(shù)的發(fā)展，為了支持ISP，市場(chǎng)對更大信號處理量和更高速內存的需求將持續增長(cháng)。專(zhuān)用DRAM的發(fā)展規劃應包含引進(jìn)新標準技術(shù)（例如LPDDR4/4x），以提供更大的帶寬。華邦的DRAM和Flash內存產(chǎn)品以國際質(zhì)量認證及高質(zhì)量制造流程為后盾，讓OEM廠(chǎng)商有信心在家居與安防監控系統中建構更具智能的新功能。

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