嵌入式市場(chǎng)對(duì)圖形和計(jì)算加速的需求正在增長(zhǎng)。攝像頭和傳感器陣列在從汽車到工業(yè)等不同行業(yè)的許多用例中越來(lái)越重要，并且正在產(chǎn)生越來(lái)越豐富的數(shù)據(jù)流，需要復(fù)雜的處理。

與此同時(shí)，正在使用高質(zhì)量的3D圖形甚至增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)開(kāi)發(fā)高級(jí)用戶界面。然而，部署加速處理的需求，加上安全關(guān)鍵認(rèn)證的復(fù)雜性，造成了處理器、加速器、編譯器、API 和庫(kù)的混亂局面，推高了嵌入式加速器的集成成本，這反過(guò)來(lái)又限制了創(chuàng)新和上市效率。

開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)在幫助硬件和軟件供應(yīng)商成功駕馭這一復(fù)雜的技術(shù)環(huán)境方面發(fā)揮著重要作用。嵌入式市場(chǎng)的加速標(biāo)準(zhǔn)可以實(shí)現(xiàn)跨平臺(tái)軟件的可重用性，解耦軟件和硬件開(kāi)發(fā)，以便更輕松地部署和集成新組件，提供跨代可重用性，并促進(jìn)現(xiàn)場(chǎng)可升級(jí)性。這些標(biāo)準(zhǔn)可降低成本，縮短上市時(shí)間，并降低在引人注目的實(shí)際產(chǎn)品中使用推理和視覺(jué)加速等先進(jìn)技術(shù)的障礙。

克羅諾斯加速標(biāo)準(zhǔn)

20 多年來(lái)，Khronos 創(chuàng)建了開(kāi)放、免版稅的 API 標(biāo)準(zhǔn)，使軟件應(yīng)用程序庫(kù)和引擎能夠利用硅加速的強(qiáng)大功能來(lái)處理 3D 圖形、增強(qiáng)和虛擬現(xiàn)實(shí)、并行計(jì)算、視覺(jué)處理和推理等要求苛刻的用例。

Khronos 開(kāi)放、免版稅、互操作性標(biāo)準(zhǔn)

許多行業(yè)專家一致認(rèn)為，我們正面臨摩爾定律的終結(jié)，因此業(yè)界對(duì)并行計(jì)算的興趣日益濃厚，它將加速的重點(diǎn)從單核的頻率縮放轉(zhuǎn)移到使用大型內(nèi)核陣列的處理器，這些內(nèi)核可用于顯著加速數(shù)據(jù)并行算法。

從廣義上講，用于并行計(jì)算的Khronos加速標(biāo)準(zhǔn)可以分為兩組。高級(jí)編程框架（如 SYCL 和 OpenVX）專注于簡(jiǎn)化開(kāi)發(fā)，并跨多個(gè)硬件架構(gòu)提供有效的性能可移植性。相比之下，OpenCL 和 Vulkan 等低級(jí) API 使用內(nèi)核和著色器程序的 SPIR-V 中間表示形式，提供對(duì)硬件資源的直接、顯式訪問(wèn)，以實(shí)現(xiàn)最大的靈活性和控制。

Khronos 系列計(jì)算加速標(biāo)準(zhǔn)

SYCL（發(fā)音為“sickle”）使異構(gòu)處理器的代碼能夠與主機(jī)應(yīng)用程序代碼一起編寫在“單一源”文件中，使用標(biāo)準(zhǔn)C++在各種硬件上進(jìn)行便攜式加速。SYCL 通常會(huì)將要卸載到加速處理器上的C++應(yīng)用程序部分編譯為較低級(jí)別的 API，例如 OpenCL。

OpenVX（VX代表“視覺(jué)加速”）提供了一個(gè)圖形級(jí)抽象，通過(guò)連接一組函數(shù)或“節(jié)點(diǎn)”來(lái)構(gòu)建成像和推理功能。這種高度抽象使芯片供應(yīng)商能夠有效地優(yōu)化其 OpenVX 驅(qū)動(dòng)程序，以便在幾乎任何處理器架構(gòu)上高效執(zhí)行。OpenVX 圖可以結(jié)合視覺(jué)處理和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行全局優(yōu)化，并可以直接攝取 Khronos NNEF 格式的完整訓(xùn)練網(wǎng)絡(luò)，這為來(lái)自不同神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)框架的開(kāi)源轉(zhuǎn)換器提供了穩(wěn)定的規(guī)范。

Vulkan是用于高效、跨平臺(tái)訪問(wèn)現(xiàn)代 GPU 的唯一開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)。Vulkan 可以使用計(jì)算著色器以及圖形渲染來(lái)加速任何兼容 GPU 上的計(jì)算操作。Vulkan 為下一代 3D 圖形和計(jì)算的開(kāi)發(fā)人員帶來(lái)了許多好處，包括更簡(jiǎn)單的驅(qū)動(dòng)程序、直接和顯式的 GPU 控制、用于多線程應(yīng)用程序的多個(gè)圖形、命令和 DMA 隊(duì)列，以及用于多種著色語(yǔ)言的離線前端編譯器。

OpenCL是一種低級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，用于對(duì) PC、服務(wù)器、移動(dòng)設(shè)備和嵌入式設(shè)備（包括 GPU、DSP 和 FPGA）中的各種異構(gòu)處理器進(jìn)行跨平臺(tái)并行編程。OpenCL 提供基于 C 和C++的語(yǔ)言來(lái)編程內(nèi)核程序，這些內(nèi)核程序可以在系統(tǒng)中的任何處理器上并行編譯和執(zhí)行，并顯式控制在哪些處理器上執(zhí)行哪些內(nèi)核。OpenCL 通過(guò)提供更簡(jiǎn)單的編程模型、相對(duì)輕量級(jí)的運(yùn)行時(shí)、更高的語(yǔ)言靈活性以及更嚴(yán)格定義的計(jì)算操作精度來(lái)補(bǔ)充僅 GPU 的 API。

旨在簡(jiǎn)化功能安全認(rèn)證的 API

安全認(rèn)證在許多市場(chǎng)中至關(guān)重要，例如汽車、自動(dòng)駕駛、醫(yī)學(xué)成像、運(yùn)輸、工業(yè)、能源和航空電子設(shè)備。計(jì)算或顯示子系統(tǒng)故障會(huì)造成重大安全風(fēng)險(xiǎn)的系統(tǒng)需要系統(tǒng)級(jí)功能安全認(rèn)證并符合安全標(biāo)準(zhǔn)，如RTCADO-178CA 級(jí)/EASA ED-12C A 級(jí)（航空電子設(shè)備）、ISO 26262ASIL D（汽車）、IEC 61508（工業(yè)）和 IEC 62304（醫(yī)療），并遵守 MISRA 和 AUTOSAR 等行業(yè)組織的指南。

這些市場(chǎng)對(duì)高級(jí)加速圖形和計(jì)算的需求正在增長(zhǎng)，這些加速器必須包含在系統(tǒng)級(jí)安全認(rèn)證中。安全認(rèn)證的高成本正在推動(dòng)開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)加速API的開(kāi)發(fā)，這些API旨在通過(guò)消除嵌入式市場(chǎng)不必要的功能來(lái)減少API表面積，增加運(yùn)行時(shí)確定性，并提供強(qiáng)大的錯(cuò)誤處理，從而簡(jiǎn)化系統(tǒng)級(jí)認(rèn)證過(guò)程。

Khronos 在為安全關(guān)鍵市場(chǎng)調(diào)整主流加速 API 方面擁有 20 年的歷史，從 2003 年的 OpenGL SC 1.0 開(kāi)始。這些計(jì)劃利用經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的 API，這些 API 具有多個(gè)交付芯片實(shí)現(xiàn)，并且開(kāi)發(fā)人員已經(jīng)熟悉這些 API。

Khronos 安全關(guān)鍵型 3D API 的歷史

最近發(fā)布的 Vulkan SC 1.0 簡(jiǎn)化了 Vulkan SC 1.2 API，并提高了運(yùn)行時(shí)確定性。Vulkan SC 管道可以離線編譯和靜態(tài)分析，以了解數(shù)據(jù)流和內(nèi)存使用情況。然后，可以在設(shè)備創(chuàng)建時(shí)將管道執(zhí)行所需的內(nèi)存保留為固定大小的池，以最大程度地減少總體內(nèi)存使用量并避免需要運(yùn)行時(shí)內(nèi)存分配。Vulkan SC 使部署 GPU 加速圖形和計(jì)算的系統(tǒng)實(shí)施者能夠滿足安全關(guān)鍵義務(wù)，并以更低的成本和工作量提供認(rèn)證證據(jù)包。Vulkan SC 對(duì)于實(shí)時(shí)嵌入式應(yīng)用來(lái)說(shuō)也是非常寶貴的，即使沒(méi)有經(jīng)過(guò)正式的安全認(rèn)證。

OpenVX 具有安全關(guān)鍵型配置文件，能夠快速部署經(jīng)過(guò)訓(xùn)練的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，使用 OpenVX 作為推理引擎，非常適合安全關(guān)鍵型市場(chǎng)。OpenVX 安全關(guān)鍵型配置文件通過(guò)啟用運(yùn)行時(shí)攝取已脫機(jī)預(yù)編譯的二進(jìn)制圖定義，將 OpenVX 圖的開(kāi)發(fā)與其執(zhí)行分開(kāi)，從而最大限度地減少運(yùn)行時(shí) API 外圍應(yīng)用和運(yùn)行時(shí)大小。OpenVX規(guī)范也帶有功能需求標(biāo)簽號(hào)，OpenVX標(biāo)頭符合MISRA-C標(biāo)準(zhǔn)。

Khronos最近還成立了SYCL安全關(guān)鍵探索論壇，以調(diào)查行業(yè)對(duì)通用并行編程API的要求，以便在安全關(guān)鍵市場(chǎng)中使用SYCL的標(biāo)準(zhǔn)C++單源編程模型加速計(jì)算。以硬件為中心的 API 設(shè)計(jì)越來(lái)越多地與復(fù)雜的編譯器技術(shù)融合，在利用硅加速進(jìn)行計(jì)算加速時(shí)，帶來(lái)了顯著的新水平的可編程靈活性和可移植性。SYCL SC探索論壇正處于發(fā)現(xiàn)階段，以便在開(kāi)始標(biāo)準(zhǔn)化工作之前充分了解行業(yè)要求并達(dá)成共識(shí)。任何公司都被邀請(qǐng)免費(fèi)加入探索論壇，并且沒(méi)有知識(shí)產(chǎn)權(quán)許可義務(wù)。

標(biāo)準(zhǔn)組織協(xié)同工作

行業(yè)中有許多標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)發(fā)組織（SDO），每個(gè)組織都有自己的專業(yè)領(lǐng)域，因此SDO必須建立富有成效的聯(lián)絡(luò)關(guān)系，以避免重復(fù)工作，并確保來(lái)自不同組織的不同標(biāo)準(zhǔn)能夠很好地協(xié)同工作。

Khronos最近宣布與AUTOSAR建立聯(lián)絡(luò)，AUTOSAR是汽車電子，半導(dǎo)體和軟件行業(yè)的汽車制造商，供應(yīng)商，服務(wù)提供商和公司的全球開(kāi)發(fā)合作伙伴關(guān)系。這項(xiàng)新的合作協(xié)議鼓勵(lì)富有成效的信息流動(dòng)，同時(shí)尊重兩個(gè)組織的保密性和知識(shí)產(chǎn)權(quán)框架。它使Khronos成員能夠獲得有關(guān)AUTOSAR活動(dòng)的信息和見(jiàn)解，反之亦然。最終目標(biāo)是針對(duì)AUTOSAR用例和需求指導(dǎo)和影響Khronos標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展，并使AUTOSAR平臺(tái)能夠有效地利用這些Khronos API。

在過(guò)去的兩年中，Khronos還與歐洲機(jī)器視覺(jué)協(xié)會(huì)（EMVA）密切合作，建立了Khronos相機(jī)工作組，該工作組目前正在構(gòu)建一個(gè)新的開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)API，用于控制嵌入式相機(jī)。

復(fù)雜光學(xué)系統(tǒng)、圖像傳感器和視覺(jué)處理器的發(fā)展正在加速，嵌入式系統(tǒng)通常將相機(jī)傳感器與獨(dú)立系統(tǒng)中的圖像、視覺(jué)和推理加速器緊密集成。雖然上面概述的Khronos API可用于視覺(jué)和推理加速，但沒(méi)有一個(gè)廣泛采用的開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)跨供應(yīng)商API來(lái)簡(jiǎn)化新相機(jī)子系統(tǒng)的軟件集成，導(dǎo)致相機(jī)技術(shù)不必要的高集成成本。

對(duì)開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)相機(jī) API 的需求

Khronos和EMVA成員正在設(shè)計(jì)的Camera API將通過(guò)精確定義的接口提供對(duì)相機(jī)運(yùn)行時(shí)的應(yīng)用程序，庫(kù)和框架的顯式控制，該接口可實(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序代碼的跨供應(yīng)商可移植性，并簡(jiǎn)化新相機(jī)和傳感器的系統(tǒng)集成。此 API 還將保留跨多代相機(jī)和傳感器的應(yīng)用程序代碼，并支持對(duì)傳感器流生成的復(fù)雜控制，以提高下游處理的有效性。

Khronos Camera API 目前在設(shè)計(jì)中的范圍

參與構(gòu)建所需的開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)

嵌入式產(chǎn)品中越來(lái)越多地使用計(jì)算、視覺(jué)和推理加速正在帶來(lái)重大的新商機(jī)，Khronos 正在開(kāi)發(fā)一系列不斷增長(zhǎng)的開(kāi)放、免版稅 API 標(biāo)準(zhǔn)，以滿足嵌入式和安全關(guān)鍵市場(chǎng)快速發(fā)展的需求。

審核編輯：郭婷