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De la visión embebida a la realidad

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Gracias a los procesadores AMD Embedded R1000 Series, ahora existe una solución SoC embebida que permite la refrigeración pasiva en la clase de 12-25 W. El gran rendimiento de la arquitectura de CPU “Zen” y GPU “Vega” satisface las necesidades de sistemas de visión de próxima generación, entre otros muchos. Los fabricantes de informática embebida se han dado cuenta de ello y ofrecen una amplia variedad de plataformas y soluciones.

Ha pasado menos de una década desde que AMD concentró sus desarrollos de informática embebida en la computación ubicua, proclamando que la potencia informática combinada de la CPU y la GPU en una APU es uno de los elementos más importantes de la informática embebida.

Nadie podía comprender la relevancia de esta estrategia en su momento, ya que, en aquellas fechas, las unidades gráficas integradas en el procesador sólo se podían usar con AMD, como las GPGPU para ejecutar aplicaciones aritméticas estándares al igual que una CPU. Debido a que los sistemas de visión inteligente y de inteligencia artificial, los cuales requieren un procesamiento masivo paralelo, se están empleando cada vez más, nadie puede negar que se tomó la decisión adecuada al producir un enorme número de GPU disponibles para operaciones de informática general. La informática heterogénea basada en OpenCL y el uso de la GPU para operaciones computacionales paralelas son la corriente dominante desde entonces.

Procesamiento paralelo masivo con las GPU

En el Embedded World 2016, Chris Halliman, Technical Marketing Engineer de Mentor Graphics, y Kristian Glöde Madsen de Qtechnology presentaron una solución de visión inteligente basada en Mentor Embedded Linux (MEL), que utilizaba procesadores AMD R-Series de bajo consumo para computación heterogénea[i]. Permitía a los desarrolladores de aplicación aprovechar las capacidades de la CPU y la GPU en función de las necesidades. En este caso particular, la aplicación identificaba la tinta empleada en los billetes a través de sistemas de visión embebida, posibilitando así la detección de papel moneda falso. La tinta usada por los emisores de billetes (casas de la moneda) tiene unas características específicas que se pueden verificar automáticamente mediante los sistemas de visión.

Amplio ecosistema de código abierto

Desde aquel momento, el soporte de software ha crecido incesantemente. Con el lanzamiento de OpenCL 2.2 en mayo de 2017, el lenguaje de kernel C++ se integraba en OpenCL como el cambio más significativo. Este lenguaje desempeña un papel protagonista en muchas aplicaciones embebidas, ya que C++ es el lenguaje más comúnmente utilizado en los sistemas embebidos, aparte de C[ii]. Además, el Radeon Open eCosystem (ROCm) se ha convertido en parte del TensorFlow master repository, ofreciendo una base de software de código abierto para GPU bajo Linux. Es más, el AMD Ryzen Embedded R1000 SoC también soporta el nuevo Mentor Embedded Linux Flex OS (MEL Flex), que destaca en términos de capacidad de configuración y rendimiento en tiempo real y boot – algo que Siemens, empresa matriz de Mentor, aprecia en gran medida.

Mentor Embedded Linux Flex (MEL Flex), que es soportado por la AMD Ryzen R1000 Series, combina elevado rendimiento y escalabilidad flexible embebida.
Mentor Embedded Linux Flex (MEL Flex), que es soportado por la AMD Ryzen R1000 Series, combina elevado rendimiento y escalabilidad flexible embebida.

Como resultado, los desarrolladores de aplicaciones embebidas ahora disponen de acceso de un código abierto de extremo a extremo a la GPU para uso en preprocesamiento de imagen y deep learning (aprendizaje profundo), modelado disperso (sparse modeling), algoritmos de inferencia y otras aplicaciones de inteligencia artificial. El código abierto resulta particularmente importante para el software embebido, no sólo a la hora de proporcionar mejoras en reducción de coste y tiempo de llegada al mercado, sino también al garantizar la disponibilidad a largo plazo.

Foco en sistemas de visión e inteligencia artificial

La disponibilidad de este ecosistema en la clase TDP de 12-25 W y refrigerado pasivamente, junto al salto en el rendimiento ofrecido por la nueva gama AMD Embedded R1000 Series, allana el camino hacia el desarrollo de sistemas de visión inteligentes más potentes y refrigerados pasivamente para entornos adversos. Triplica la potencia de procesamiento por vatio y el cuadruplica el rendimiento de CPU y gráficos por euro en comparación con otras alternativas[iii].

Como un producto pionero, también hace que multithreading se encuentre disponible en la clase de rendimiento R-Series al doblar el número de núcleos para el software e, incluso, respaldar dos máquinas virtuales en tiempo real por núcleo. Además, la unidad gráfica aporta un total de 192 núcleos con un índice de reloj de hasta 1.2 GHz para las operaciones de datos. Los casos de uso incluyen procesos de imagen en tecnología médica con batería en carros de enfermería, sistemas de videovigilancia en autopistas y ciudades inteligentes, soluciones de inspección para plantas de fabricación de alimentos y productos industriales y sistemas de compra automática en retail, donde también se utiliza la inteligencia artificial y el aprendizaje profundo.

Por ende, los nuevos modelos AMD Embedded R1000 Series satisfacen las necesidades de una amplia gama de aplicaciones en el campo de edge computing con lógica de decisión descentralizada, permitiendo así a AMD aprovechar sus conocidos roots – prácticamente omnipresentes – en el mercado embebido.

Desarrollo de experiencias visuales impresionantes

Las HMI industriales y las estaciones de trabajo sanitarias de elevado rendimiento, los reproductores de cartelería digital o los sistemas de juego profesionales mantienen el foco en los procesadores embebidos de la marca AMD. Estas aplicaciones se benefician del soporte de hasta tres pantallas 4K (de hasta 60 FPS) y de un motor gráfico que puede decodificar video H.265 y VP9 con una profundidad de color de 10 bit y codificarlo a 8 bit. Esto posibilita que los OEM y los ODM garanticen una experiencia visual verdaderamente cautivadora.

Los fabricantes de informática embebida vaticinan un gran negocio

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Eficiencia: Advantech ha equipado sus placas madre Mini-ITX basadas en un procesador AMD Ryzen Embedded R1000/V1000 con un conector PCIe Goldfinger en el lado de la PCB, donde la lógica FPGA se conecta en aplicaciones del sector del juego.

Naturalmente, todos los fabricantes de productos de informática embebida desean participar en las oportunidades de negocio que presenta la tecnología de un procesador embebido de AMD. Como resultado, todas las grandes empresas del sector poseen tarjetas y módulos embebidos en sus catálogos.

Por ejemplo, Advantech, actualmente el mayor fabricante mundial de tecnología informática embebida, ofrece la serie AMD R1000, que es compatible en software y pin con la serie AMD Ryzen V1000, en una placa madre Thin Mini-ITX que soporta ambas variantes y así proporciona una escalabilidad extrema. Kontron, líder europeo, también la aplica en sus placas mITX-VR1000/mITX-VR1000 V2.0.

Ambos modelos son escalables desde 2.4 a 3.3 GHz AMD Ryzen™ Embedded R1505G con gráficos Radeon™ Vega 3, dos núcleos / cuatro threads y un TDP de 12-25 W, o hasta 3.35 o 3.8 GHz Ryzen™ Embedded V1807B con gráficos Radeon™ RX Vega 11, cuatro núcleos / ocho threads y un TDP de 35-54 W.

En lo que se refiere al rendimiento de CPU, esto supone que los desarrolladores pueden escalar desde el 100% de la versión R1000 más sencilla al 176% de la variante V1000 más rápida[iv]. Debido a las prestaciones de la GPU y GPGPU embebida, la escalabilidad es todavía superior. Aquí, los rangos de espectro abarcan desde los 768 GFLOPS para el Ryzen R1505G a la “inmensa” potencia de procesamiento de hasta 3.66 TFLOPS para el Ryzen V1807B, con un 477% más de GFLOPS. Esto permite disfrutar de un balance perfecto entre precio, potencia y rendimiento en cada aplicación.

Diseño compacto: Los sistemas 4x4 basados en el procesador AMD Ryzen Embedded R1000/V1000 se encuentran disponibles a través de E.E.P.D. y ASRock Industrial, entre otros .
Diseño compacto: Los sistemas 4×4 basados en el procesador AMD Ryzen Embedded R1000/V1000 se encuentran disponibles a través de E.E.P.D. y ASRock Industrial, entre otros .

Una alternativa a las ofertas de Kontron y Advantech proviene de ASRock Industrial, que fundamenta en la R-Series su tarjeta Mini-ITX IMB‑R1000, aunque también suministra un IMB-V1000.

Compartiendo formato e interfaces estándares, las dos placas ofrecen prácticamente las mismas prestaciones en la ficha técnica, aparte de la diferencia en el soporte gráfico.

La alta escalabilidad se traduce en mejora de eficiencia

Calidad: La placa embebida ugged COM Express de MEN Mikro Elektronik basada en el procesador AMD Ryzen Embedded R1000/V1000, por ejemplo, cumple los requisitos del sector ferroviario al poder resistir choques térmicos extremos.
Calidad: La placa Rugged COM Express de MEN Mikro Elektronik basada en el procesador AMD Ryzen Embedded R1000/V1000, por ejemplo, cumple los requisitos del sector ferroviario al poder resistir choques térmicos extremos.

Kontron proporciona una escalabilidad de tarjeta similar en su COMe-cVR6 COM Express Compact y DFI y sus GH960 COM Express Basic Computer-on-Modules. Una vez más, el rendimiento no sólo se puede adaptar con R-Series, sino también con Ryzen V-Series. Además, congatec ha confirmado que los actuales módulos COM Express con Ryzen V1000 también podrían incorporar R1000.

Y, con el CB71C, MEN Mikro Elektronik, que ahora pertenece a Duagon, ofrece este catálogo completo en Rugged COM Express, cumpliendo los requisitos del mercado en aplicaciones que demandan un diseño particularmente robusto, como sucede en el sector ferroviario. Aquí, los sistemas embebidos deben resistir condiciones extremas como grandes variaciones de temperatura, por ejemplo, cuando un tren atraviesa un túnel alpino desde el norte nevado al sur soleado, causa un enorme estrés térmico y se produce condensación, aspectos que hay que contrarrestar de manera eficaz[v].

Sistemas 4×4 listos para aplicarse

Los sistemas 4×4 de E.E.P.D. y ASRock Industrial, entre otros, resultan particularmente convenientes y están listos para su uso. E.E.P.D. los especifica expresamente de acuerdo con el estándar eNUC. Dicho formato embebido relativamente joven, que fue estandarizado a nivel tarjeta por SGET (Standardization Group for Embedded Technologies e.V.) en 2014, es la nueva estrella en el horizonte de los Box PC embebidos. Esto es consecuencia de su tamaño extremadamente compacto, que se puede utilizar en cualquier lugar como un sistema listo para aplicarse. Otra ventaja de estas soluciones se encuentra en la estandarización SGET, por supuesto. Es única en el campo de los Box PC ya que ni para los sistemas de 3.5”, ni para las Pico-ITX, existe una alternativa de un fabricante independiente comparable para su estandarización.

¡Preste atención a la industria embebida!

La compatibilidad de patillas y software con los procesadores AMD Ryzen Embedded V1000 Series también puede ser la razón por la que el catálogo embebido contiene, comparativamente, pocas soluciones R1000 (con sólo once plataformas), mientras que V1000 aparece en treinta y una plataformas. Como para los sistemas combinados valen ambos, sólo hay dos. Así pues, contamos potencialmente con hasta cuarenta y cuatro soluciones embebidas con R1000 Series que pueden aparecer en la lista de AMD.

Por lo tanto, se recomienda revisar minuciosamente el catálogo embebido, prestando especial atención a las tres versiones con el objetivo de encontrar la plataforma adecuada para cada aplicación.

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Aparte de las compañías mencionadas, hay soluciones de AEWIN Technologies, Arbor, AOPEN, Axiomtek, E.E.P.D., Ganlot, GIGAIPC, IBASE Technology, Litemax Electronics, Quisant, SECO y Sapphire.

Además, los gráficos Vega 3 y la arquitectura de CPU Zen del AMD Ryzen Embedded R1000 SoC serán usados en la consola de juegos Atari VCS[vi]. Y Stratacache también utiliza los procesadores AMD Ryzen Embedded R1000 y Ryzen Embedded V1000 en sus nuevos reproductores de cartelería digital multi-display de las familias de producto Stratacache, Scala, X2O Media y Real Digital Media. Estos reproductores multimedia se benefician tanto de la plataforma Ryzen Embedded como de sus prestaciones de GPU para poder proporcionar una experiencia visual 4K superior.

Por otro lado, Netronome, compañía líder en la fabricación de servidores y soluciones de red de almacenamiento inteligentes y de altas prestaciones, también está aprovechando el AMD Ryzen Embedded R1000 SoC para mejorar sus appliances de seguridad, dispositivos de networking y soluciones edge cloud computing.

La pila de software ROCm es muy versátil. La interfaz heterogénea para portabilidad (HIP) es un lenguaje de API y kernel C++ que permite a los desarrolladores crear aplicaciones portátiles que pueden operar en GPU de AMD y otros fabricantes. El código C++ resultante se puede compilar con HCC de AMD y NVCC de NVIDIA. El código de la HIP proporciona el mismo rendimiento que un código CUDA nativo y los mismos beneficios de trabajar con plataformas AMD. Dado que CUDA e HIP son lenguajes C++, portar de CUDA a HIP es mucho más fácil que hacerlo de CUDA a OpenCL. Y para reducir la curva de aprendizaje al pasar de CUDA a HIP, AMD ha desarrollado la herramienta ‘Hipify’ que permite automatizar la conversión del núcleo en su aplicación.
La pila de software ROCm es muy versátil. La interfaz heterogénea para portabilidad (HIP) es un lenguaje de API y kernel C++ que permite a los desarrolladores crear aplicaciones portátiles que pueden operar en GPU de AMD y otros fabricantes. El código C++ resultante se puede compilar con HCC de AMD y NVCC de NVIDIA. El código de la HIP proporciona el mismo rendimiento que un código CUDA nativo y los mismos beneficios de trabajar con plataformas AMD. Dado que CUDA e HIP son lenguajes C++, portar de CUDA a HIP es mucho más fácil que hacerlo de CUDA a OpenCL. Y para reducir la curva de aprendizaje al pasar de CUDA a HIP, AMD ha desarrollado la herramienta ‘Hipify’ que permite automatizar la conversión del núcleo en su aplicación.

[i] https://youtu.be/gifgJJJTSBw

[ii] https://www.allaboutcircuits.com/news/programming-languages-for-embedded-systems-101-background-and-resources/

[iii] EMB-159 y EMB -160: Test realizados en el AMD Embedded Software Engineering Lab el 13/03/2019. El AMD R1505G Embedded alcanzó una puntuación de 360 al operar con Cinebench R15 Multi-core y 1.988 con 3DMark11. El Intel Core i3-7100U (Kaby Lake) obtuvo 254 puntos con Cinebench R15 Multi-core y 1.444 con 3DMark11. El precio recomendado de venta para el Intel Core i3-7100U era de $261 a día 01/04/2019 (ark.intel.com/content/www/us/en/ark/products/95442/intel-core-i3-7100u-processor-3m-cache-2-40-ghz.html). El precio DBB para el R1505G es de $80.

Configuraciones de sistema: el AMD Embedded R1505G usó una plataforma AMD R1000, con una RAM DDR4-2400 de 2×8 GB, SSD Drive (no giratorio) de 250 GB, TDP de 15 W, STAPM Enabled & ECC Disabled, Graphics Driver 18.50_190207a-339028E-AES, BIOS RBB1190B y Microsoft Windows 10 Pro; en tanto que el Intel Core i3-7100u utilizó un HP 15inch Notebook, i3-7100u con Intel® HD Graphics 620, RAM DDR4-2133 de 1×8 GB, SATA de 5400 rpm y 1 TB, Microsoft Windows 10 Pro y Graphics Driver 21.20.16.4627, BIOS F.07.

[iv] Fuente de los resultados: https://technical.city/en/cpu/Ryzen-Embedded-R1505G. Comparando el R1505G con el V1807B, logra un 76% más en cada Passmark y una mejora del rendimiento total.

[v] y

[vi] Atari VCS™

[vii] https://www.asrockind.com/overview.asp?Model=4X4%20BOX-R1000


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