眾多機(jī)器人團(tuán)隊(duì)最終都會(huì)面臨同一個(gè)困惑：明明芯片性能表現(xiàn)出色、基準(zhǔn)測(cè)試結(jié)果亮眼、技術(shù)演示也穩(wěn)定流暢，可為什么從實(shí)驗(yàn)室原型到真正可部署的機(jī)器人產(chǎn)品，中間仍然需要長(zhǎng)達(dá)18個(gè)月的時(shí)間？問(wèn)題的關(guān)鍵往往不在處理器本身，而在處理器之外的一切。

如今自主機(jī)器人開發(fā)者面臨的真正問(wèn)題，并非哪款計(jì)算模塊能提供最高的峰值吞吐能力，而是如何更快速地將一堆具有潛力的芯片，變成一臺(tái)能工作、能驗(yàn)證、能量產(chǎn)的機(jī)器人。

從微控制器到AI賦能的計(jì)算：全新自主機(jī)器人技術(shù)棧

自主機(jī)器人架構(gòu)正在發(fā)生變化。過(guò)去，系統(tǒng)運(yùn)行在分布式微控制器上，每個(gè)微控制器只負(fù)責(zé)一小部分感知、運(yùn)動(dòng)或通信任務(wù)；而現(xiàn)在，這些系統(tǒng)正向更為集中的AI賦能機(jī)器人計(jì)算架構(gòu)收斂。

AMD Kria™ AI機(jī)器人開發(fā)平臺(tái)正是這種轉(zhuǎn)變的體現(xiàn)。它為自主機(jī)器人開發(fā)提供了一個(gè)開箱即用、開放且完全一體化的平臺(tái)，覆蓋從工廠機(jī)器人、AMR（自主移動(dòng)機(jī)器人）到移動(dòng)機(jī)械臂和人形機(jī)器人的完整機(jī)器人譜系。Kria AI機(jī)器人開發(fā)平臺(tái)能夠加速開發(fā)者從概念到設(shè)計(jì)與原型的進(jìn)程。算力由Kria AI SOM提供，該系統(tǒng)級(jí)模塊在單一器件中集成了CPU、iGPU、NPU和統(tǒng)一內(nèi)存資源。FPGA及ADI感知連接技術(shù)棧與之配合，構(gòu)成完整解決方案。

該平臺(tái)依托基于AMD ROCm軟件打造的AMD機(jī)器人軟件套件，提供一套開源運(yùn)行時(shí)技術(shù)棧，包括開發(fā)者熟悉的Linux、ROS 2、PyTorch、TensorFlow、Docker及硬件加速感知庫(kù)。

這種熟悉度至關(guān)重要。對(duì)許多機(jī)器人項(xiàng)目而言，x86 Linux非但不是妥協(xié)，反而是理想的開發(fā)環(huán)境。團(tuán)隊(duì)不用耗費(fèi)時(shí)間學(xué)習(xí)專有SDK，研發(fā)推進(jìn)速度自然會(huì)加快。

拖慢機(jī)器人項(xiàng)目的集成挑戰(zhàn)

即使具備強(qiáng)大的計(jì)算平臺(tái)，集成工作仍會(huì)耗費(fèi)大量時(shí)間，而這些工作并不能提升自主能力。這類挑戰(zhàn)已為業(yè)界所熟知，但每一次新的硬件設(shè)計(jì)都需要重新面對(duì)并逐一解決。在各類項(xiàng)目中，最為常見的有以下五大挑戰(zhàn)：

1）多攝像頭布線復(fù)雜性

依賴視覺(jué)感知的機(jī)器人通常需要四路、六路甚至更多的攝像頭輸入。管理如此多傳感器的線纜，同時(shí)還要保持信號(hào)完整性、時(shí)間對(duì)齊、為每個(gè)攝像頭供電，再把所有信號(hào)送回中央計(jì)算節(jié)點(diǎn)——這一切本身就是一道機(jī)械與電氣設(shè)計(jì)難題。

2）真實(shí)環(huán)境下的定位問(wèn)題

在攝像頭和LiDAR（激光雷達(dá)）性能下降的場(chǎng)景中，比如在光線昏暗的倉(cāng)庫(kù)、反光地板、缺乏特征的走廊，慣性檢測(cè)不可或缺。集成高穩(wěn)定性IMU，并確保其時(shí)間戳準(zhǔn)確、支持ROS 2驅(qū)動(dòng)，絕非簡(jiǎn)單的采購(gòu)選型決策，更是一項(xiàng)涉及校準(zhǔn)和軟件集成的系統(tǒng)工程。

3）深度處理開銷

深度傳感器產(chǎn)生的稠密3D數(shù)據(jù)必須實(shí)時(shí)地進(jìn)行濾波、對(duì)齊，并與其他傳感器流融合。若沒(méi)有硬件加速流水線，這些工作會(huì)直接與導(dǎo)航和路徑規(guī)劃爭(zhēng)奪主機(jī)CPU的計(jì)算資源。

4）安全關(guān)鍵系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)控制

精準(zhǔn)的驅(qū)動(dòng)執(zhí)行，遠(yuǎn)不只是通過(guò)總線發(fā)幾條速度指令那么簡(jiǎn)單。電機(jī)控制接口、隔離式現(xiàn)場(chǎng)總線連接、編碼器反饋和電流檢測(cè)——這些都必須作為一個(gè)完整系統(tǒng)加以集成和驗(yàn)證，并要經(jīng)受真實(shí)部署環(huán)境中的振動(dòng)和溫度變化考驗(yàn)。

5）ROS 2啟動(dòng)時(shí)間

在任何機(jī)器人項(xiàng)目中，最被低估的成本是通過(guò)ROS 2開放硬件子系統(tǒng)接口所需的時(shí)間。每個(gè)傳感器和執(zhí)行器都需要驅(qū)動(dòng)程序、硬件綁定、ROS 2節(jié)點(diǎn)、經(jīng)過(guò)測(cè)試的消息類型以及經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的時(shí)序。采用通用開發(fā)板搭建系統(tǒng)的團(tuán)隊(duì)，所有這些都得自己寫。

結(jié)果就是：團(tuán)隊(duì)耗費(fèi)大量寶貴時(shí)間，逐次每個(gè)子系統(tǒng)地選擇合適器件、構(gòu)建載板硬件、移植Linux驅(qū)動(dòng)、驗(yàn)證傳感器時(shí)序、連接攝像頭，并將接口開放給ROS 2。

為機(jī)器人提供一套“神經(jīng)系統(tǒng)”，而不只是一個(gè)“大腦”

AMD正另辟蹊徑支持自主機(jī)器人開發(fā)：將其全新的Kria AI機(jī)器人開發(fā)平臺(tái)與ADI的解決方案相結(jié)合。傳統(tǒng)方案往往聚焦于單一層面的優(yōu)化，而將其余難題留給開發(fā)者。AMD與ADI的合作則著眼于機(jī)器人真正需要的東西：一個(gè)經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的系統(tǒng)級(jí)基礎(chǔ)方案，就像一套神經(jīng)系統(tǒng)一樣運(yùn)作，而不僅僅是一個(gè)大腦。

Kria AI SOM搭配一款由ADI賦能的開放式機(jī)器人載板設(shè)計(jì)。該載板集成了一個(gè)FPGA，并擁有各種常見機(jī)器人接口，包括采用千兆多媒體串行鏈路(GMSL™)（來(lái)自汽車領(lǐng)域的成熟解決方案）技術(shù)的高速攝像頭連接、慣性檢測(cè)、CAN-FD、RS-485、千兆和多千兆以太網(wǎng)、支持低延遲音頻傳輸?shù)钠囈纛l總線(A2B)、電池管理接口以及電機(jī)控制擴(kuò)展接口。

標(biāo)準(zhǔn)化的COM-HPC風(fēng)格架構(gòu)，意味著開發(fā)人員不必綁定在特定的一次性載板設(shè)計(jì)上。當(dāng)計(jì)算需求發(fā)生變化時(shí)，團(tuán)隊(duì)可遷移SOM，而平臺(tái)的其余部分繼續(xù)沿用。

隨著自主機(jī)器人逐漸成熟并投入實(shí)際部署，安全性和可靠性不再是可有可無(wú)的選項(xiàng)。機(jī)器人必須能夠應(yīng)對(duì)視覺(jué)受限的環(huán)境，而這正是ADI的ADIS16607 IMU大顯身手的地方。ADI在先進(jìn)傳感器融合方面的研究表明，將視覺(jué)與IMU進(jìn)行多模態(tài)融合時(shí)，系統(tǒng)在主流數(shù)據(jù)集上的穩(wěn)健性顯著提升，展現(xiàn)出良好前景。

計(jì)算，遠(yuǎn)不止看TOPS（每秒萬(wàn)億次運(yùn)算）指標(biāo)本身。機(jī)器人的工作負(fù)載是多樣化的：既包括面向感知模型的低精度Transformer推理，又要兼顧高精度的經(jīng)典算法、數(shù)值優(yōu)化、校準(zhǔn)和開發(fā)工作流程。AMD Kria AI SOM中的x86 GPU與NPU集成架構(gòu)，正是為同時(shí)處理這兩類任務(wù)而設(shè)計(jì)的。

ADI則為該平臺(tái)貢獻(xiàn)了機(jī)器人的物理接口能力，包括高穩(wěn)定性慣性檢測(cè)、確定性深度處理、長(zhǎng)距離攝像頭鏈路（基于單根同軸電纜的多路視頻信號(hào)整合方案）、面向電機(jī)控制的隔離工業(yè)通信，以及適用于48 V機(jī)器人電源的電池管理參考設(shè)計(jì)。

從經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的基礎(chǔ)出發(fā)，而非從一張白紙開始

該平臺(tái)傳遞出的最重要信息非常簡(jiǎn)單明確：客戶無(wú)需從一套空白的Linux環(huán)境開始構(gòu)建。

AMD Kria AI機(jī)器人開發(fā)平臺(tái)提供一個(gè)經(jīng)過(guò)預(yù)驗(yàn)證的硬件和軟件基礎(chǔ)，并已集成ADI驅(qū)動(dòng)程序。接口特性已經(jīng)過(guò)標(biāo)定，ROS 2環(huán)境已準(zhǔn)備就緒，從開發(fā)套件到量產(chǎn)SOM，再到可部署機(jī)器人系統(tǒng)的完整路徑都有文檔可循。開發(fā)者可以從第一天就開始構(gòu)建自主機(jī)器人，而不是把前幾周時(shí)間花在載板啟動(dòng)適配上。

對(duì)于許多項(xiàng)目而言，這個(gè)先發(fā)優(yōu)勢(shì)可以用“月”來(lái)衡量。

邁向更加完備的系統(tǒng)

如今，部署在倉(cāng)庫(kù)、工廠和物流場(chǎng)景的機(jī)器人，其發(fā)展瓶頸并不在于計(jì)算性能。真正的制約因素，是圍繞算力搭建完整系統(tǒng)所耗費(fèi)的時(shí)間與成本。誠(chéng)然，AI算力依然有提升空間，但底層架構(gòu)長(zhǎng)期處于東拼西湊的狀態(tài)。

ADI和AMD正在打造一個(gè)能夠解決集成難題的平臺(tái)：一套面向機(jī)器人的“神經(jīng)系統(tǒng)”，具備經(jīng)驗(yàn)證的計(jì)算、感知、連接、電機(jī)控制和ROS 2軟件能力，設(shè)計(jì)為從第一天起就支持協(xié)同工作。如果您的團(tuán)隊(duì)正從原型走向量產(chǎn)，我們希望能幫助您更快達(dá)成目標(biāo)。