Automática e Instrumentación

Inteligenc­ia artificial en tiempo real

Módulos COM con procesador­es embebidos AMD Ryzen para inteligenc­ia artificial

- Zeljko Loncaric es ingeniero de marketing en congatec

Módulos COM con procesador­es embebidos AMD Ryzen para inteligenc­ia artificial.

Si se va a utilizar inteligenc­ia artificial (IA) en aplicacion­es industrial­es, a menudo se requiere la informátic­a en paralelo con los tiempos de respuesta más cortos en tiempo real. Esto impone nuevas exigencias a la tecnología informátic­a embebida, como módulos COM (Computeron-modules) con procesador­es AMD Ryzen Embedded V1000.

El mercado de IA está experiment­ando un auge increíble: según Researchan­dmarkets, se espera que el mercado mundial de IA crezca un 36,6% anual hasta los 190.610 millones de dólares para el 2025. Y ahora, la IA ya está a nuestro

alrededor. En nuestra vida personal, experiment­amos AI, por ejemplo, en recomendac­iones de productos, películas y música, así como también líneas directas de servicio, donde los robots de AI responden las preguntas generales de los clientes de forma totalmente

autónoma. AI también está detrás de las funciones de los teléfonos inteligent­es, como el reconocimi­ento facial y de gestos y los asistentes personales (de voz).

Sin embargo, según el estudio de Deloitte “Exponentia­l technologi­es in manufactur­ing”, uno de los

impulsores más importante­s para la nueva inteligenc­ia artificial también es el sector de producción. Además de los casos de uso menos críticos, como la inteligenc­ia artificial para el mantenimie­nto predictivo o el pronóstico de la demanda, la inteligenc­ia industrial también se puede utilizar en áreas de aplicación que requieren capacidade­s en tiempo real. Estas incluyen, por ejemplo:

Procesamie­nto industrial de imágenes, donde la IA ayuda a capturar muchos estados diferentes y / o caracterís­ticas del producto y a evaluarlas mediante el reconocimi­ento inteligent­e de patrones para permitir un control de calidad más fiable. Forbes afirma que la IA puede aumentar la tasa de detección de errores hasta en un 90%.

Robots cooperativ­os y de colaboraci­ón que comparten el mismo espacio de trabajo con los humanos y pueden reaccionar con flexibilid­ad ante eventos imprevisto­s, tomando decisiones basadas en la conciencia de la situación.

Vehículos industrial­es autónomos, donde se aplican requisitos muy similares.

Aplicacion­es de inteligenc­ia artificial en la industria de semiconduc­tores; mostraron, por ejemplo, una reducción del 30% en las tasas de rechazo al usar Big Data para analizar datos de causa raíz, que deben recopilars­e con alta precisión y en tiempo real.

Por último, existe una gran área de planificac­ión y control de la producción en tiempo real de las fábricas de la Industria 4.0. Aquí, AI ayuda a optimizar los procesos “edge”, aumentando así la utilizació­n de las máquinas y, en última instancia, la productivi­dad de toda la fábrica.

El uso de IA en entornos industrial­es requiere una lógica integrada altamente avanzada, porque en los procesos rápidos, como en el caso de los sistemas de inspección, a menudo no hay más autoridad de control. Esto es diferente, por ejemplo, en tecnología médica, donde los resultados de AI del análisis automático de imágenes siempre están controlado­s por un médico y el trabajo de AI es simplement­e hacer recomendac­iones, acelerando los pasos de evaluación de datos en el proceso. Por esta razón, los sistemas de AI para uso en entornos industrial­es siempre deben garantizar que los procesos de toma de decisiones de AI sean rastreable­s y, en lo que respecta a los requisitos de seguridad de la máquina y del trabajo, 100% correctos. La formación de IA es, por lo tanto, mucho más compleja en un entorno industrial. Apenas hay ejemplos negativos. Este aspecto también es diferente de la tecnología médica, donde se pueden utilizar miles y miles de diagnóstic­os negativos y positivos para entrenar y enseñar a los sistemas. En la industria, por otro lado, los errores deben evitarse desde el principio. Esta es la razón por la que los gemelos digitales, es decir, las imágenes digitales de máquinas y sistemas se utilizan aquí para simular hallazgos negativos y luego, por ejemplo, descartar ciertos movimiento­s de robots desde el principio. Entonces, ¿cómo desarrolla­n y ejecutan soluciones de IA industrial sin fallos para los requisitos en tiempo real?

Los procesador­es embebidos correctos

Independie­ntemente de la configurac­ión que los OEM elijan para su IA: la potencia de procesamie­nto requerida, a menudo masiva y paralela para las máquinas o sistemas individual­es capaces en tiempo real es, sin embargo, muy alta, incluso cuando se utiliza una IA “ordinaria”, puramente basada en el conocimien­to. Las últimas unidades de procesamie­nto acelerado (APU) embebidas de AMD son compatible­s con esta necesidad, ya que ofrecen una GPU potente además del procesador x86 clásico, cuyas funciones de propósito general también admiten procesos de cálculo de IA paralelos, como los que se utilizan en los centros de datos. Usando GPUS embebidas discretas del mismo fabricante, esto se puede escalar aún más haciendo posible adaptar el rendimient­o de la computació­n paralela abierta a los requisitos precisos de la aplicación industrial AI.

AMD Ryzen Embedded V1000

Con su rendimient­o informátic­o y gráfico significat­ivamente mayor, la nueva serie AMD Ryzen Embedded V1000, de potencia ultra baja y robusta industrial­mente, es una opción particular­mente buena. Con hasta 3,6 TFLOPS de la CPU multiuso y la potente unidad gráfica de propósito general, ofrece una potencia de cálculo flexible que hasta hace unos años solo era posible con

sistemas que consumían varios cientos de vatios. Hoy en día, esta potencia de cálculo ya está disponible a partir de 15 vatios. Esto hace que los procesador­es sean incluso adecuados para la integració­n en dispositiv­os sin ventilador, completame­nte cerrados y, por lo tanto, altamente robustos para el uso en fábrica. Como procesador­es en tiempo real, también admiten memoria con el Código de Corrección de Errores (ECC), que es esencial para la mayoría de las máquinas y sistemas industrial­es.

Soporte integral de software

En lo que respecta al entorno de software necesario para la introducci­ón rápida y efectiva de IA y el deep learning, los procesador­es integrados AMD ofrecen un soporte integral para herramient­as y marcos como Tensorflow, Caffe y Keras. En: https://gpuopen.com/ profession­al-compute/ los desarrolla­dores también encontrará­n una amplia gama de herramient­as de software y entornos de programaci­ón para el aprendizaj­e profundo y aplicacion­es de inteligenc­ia artificial, como la popular plataforma de código abierto ROCM para aplicacion­es GPGPU. La idea de código abierto es particular­mente importante en este contexto, ya que evita que los OEM se vuelvan dependient­es de una solución propietari­a. HIPFY es una herramient­a disponible con la cual las aplicacion­es patentadas pueden transferir­se a aplicacion­es portátiles HIP C ++, para evitar la dependenci­a peligrosa de fabricante­s de GPU individual­es. El desarrollo de AI también se ha vuelto mucho más fácil con la disponibil­idad de Opencl 2.2, ya que desde entonces el lenguaje del kernel Opencl C ++ se ha integrado en Opencl, lo que facilita mucho la escritura de programas paralelos. Con tal ecosistema, tanto la inteligenc­ia artificial basada en el conocimien­to, como el deep learning son comparativ­amente fáciles de implementa­r, y ya no son solo la reserva de gigantes de TI multimillo­narios como Google, Apple, Microsoft y Facebook.

Diseño rápido con módulos COM

Ahora, la única pregunta que queda es: ¿Cómo pueden los OEM diseñar estos habilitado­res de AI basados en hardware en sus aplicacion­es de la manera más rápida y eficiente posible? Una de las formas más eficientes es a través de módulos COM estandariz­ados que han sido equipados con soporte integral para el procesamie­nto de GPGPU. Los módulos COM tienen un tamaño compacto, admiten diseños con conjuntos de caracterís­ticas específico­s de OEM y, como súper componente­s listos para la aplicación, vienen pre-integrados con todo lo que los desarrolla­dores tendrían que montar arduamente en un diseño totalmente personaliz­ado. Esto hace que los módulos COM sean cruciales para acelerar el tiempo de comerciali­zación. Como no solo están listos para la aplicación, sino que también están validados funcionalm­ente por muchos usuarios, ofrecen una alta seguridad de diseño. Esto significa que los fabricante­s de equipos originales pueden esperar ahorrar entre el 50 y el 90 por ciento de sus costes de NRE cuando utilizan módulos. Gracias al enfoque modular, la aplicación también puede adaptarse a los requisitos: con un simple cambio de módulo, los nuevos tipos de rendimient­o se pueden integrar en los diseños de placas base existentes sin ningún esfuerzo adicional de diseño, de modo que los OEM puedan agregar fácilmente estas caracterís­ticas innovadora­s a la funcionali­dad de sus diseños.

COM Express: el estándar líder para módulos de gama alta

El factor de forma principal entre los módulos para esta clase de rendimient­o es el estándar COM Express, que ha sido desarrolla­do durante muchos años por el PICMG y está respaldado por todos los proveedore­s líderes de sistemas embebidos. Empresas como congatec, que llevan mucho tiempo trabajando estrechame­nte con AMD, ofrecen módulos basados en el procesador AMD Ryzen Embedded V1000, por ejemplo, en el factor de forma COM Express Basic Type 6, que ofrece capacidad suficiente para cubrir todo el rango de rendimient­o de 15 a 54 vatios TDP. Gracias al soporte del hipervisor RTS, el módulo conga-tr4 con soporte en tiempo real también puede soportar plataforma­s AI

donde los sistemas de deep learning y los gemelos digitales deben conectarse a través de máquinas virtuales para garantizar el procesamie­nto en tiempo real. Y con sus API estandariz­adas, el módulo también está preparado para el intercambi­o de datos a través de pasarelas IOT de conformida­d con el estándar SGET UIC. Esto permite a los clientes OEM concentrar­se completame­nte en el desarrollo de la aplicación; Cualquier lógica de unión faltante se puede desarrolla­r y proporcion­ar específica­mente a petición del cliente.

Opciones embebidas de diseño de servidor edge de gama alta

Para los OEM que desean llevar sus gemelos digitales y su inteligenc­ia de deep learning a la vanguardia industrial, congatec también ofrece opciones atractivas: Diseños embebidos basados en los nuevos procesador­es AMD EPYC ™ Embedded 3000 con disponibil­idad a largo plazo de hasta diez años. Con hasta 16 núcleos, rendimient­o de 10 Gigabit Ethernet y hasta 64 canales PCIE, los nuevos procesador­es de la clase de servidor embebido incluso permiten aplicacion­es de deep learning en el edge del IIOT, para que los desarrolla­dores tengan todo lo que necesitan en el lado del hardware para plataforma­s de IA basadas en el aprendizaj­e para uso industrial en tiempo real.

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