驱动 AI 边缘计算新时代！高性能 i.MX 95 应用平台引领未来

 

AI与边缘计算的崛起：技术变革的关键时刻

人工智能（AI）与边缘计算正深刻改变我们的生活。从ChatGPT到Meta智能眼镜，AI技术已成为日常不可或缺的一部分。然而，随着AI应用场景的不断扩展，传统云计算在实时性、隐私保护和带宽方面逐渐暴露出瓶颈。尤其是在自动驾驶、智慧医疗和工业自动化等领域，毫秒级的延迟可能导致关键决策失误。边缘计算应运而生，成为解决这些问题的关键技术。通过将数据处理移至更靠近数据源的设备端，边缘计算实现了更低延迟、更高安全性和更高效率的AI计算模式。

 

这一技术转型的核心驱动力是神经处理单元（Neural Processing Unit, NPU）的发展。NPU赋予小型化设备强大的计算能力，降低了数据传输的延迟与成本，同时提升了隐私安全性，使AI能够在更多场景中落地。

 

视觉AI：改变世界的关键应用

视觉AI正在从医疗诊断到自动驾驶等领域广泛应用，深刻影响着各大产业的运作模式。以下是视觉AI的主要应用场景：  

- 智能监控：通过实时目标检测、行为分析与入侵预警，提升城市安全。  

- 智慧零售：分析顾客行为，优化购物体验与销售策略。  

- 医疗影像分析：协助医生进行疾病诊断，提高医疗准确性。  

- 工业质检：自动化检测产品瑕疵，提升制造业质量与效率。  

- 高级辅助驾驶系统（ADAS）：分析道路环境与障碍物，提升行车安全。  

- 农业监测：监测作物健康状况，优化农业管理。  

- 自走车与机械手臂：应用于物流、制造业等场景，提升自动化水平。  

- 无人机影像分析：进行地形测绘、灾害评估与基础设施检查。  

 

当AI与边缘计算结合后，这些应用将变得更高效、更可靠，进一步贴近人们的实际需求。

 

 

i.MX 95：高性能边缘计算平台的技术突破

恩智浦（NXP）推出的i.MX 95应用处理器系列，以其强大的多核心架构，为高性能和实时应用提供了坚实基础。该系列处理器配备六个Arm Cortex-A55核心、一个Arm Cortex-M7核心和一个Arm Cortex-M33核心，支持应用层、系统层和实时处理的卓越性能。

 

为了提升AI应用效率，i.MX 95系列整合了NXP的eIQ Neutron神经处理单元（NPU），提供高达2 TOPS（每秒万亿次运算）的计算能力。例如，在运行物体检测模型YOLOv5时，处理单张图片仅需约5毫秒，展现了极高的运算速度。此外，该系列还配备了先进的影像处理单元（ISP）和2D/3D图形处理器（GPU），支持4K分辨率下每秒60帧的编解码能力，确保图像流的优化。

图2 i.MX 95 方块图示意图

 

丰富的接口支持多样化应用场景

i.MX 95系列提供多种I/O接口，满足不同应用需求：  

MIPI-CSI：支持多个摄像头的连接 (最高支持 8 路)，适用于高分辨率图像采集，满足先进的图像处理和机器视觉应用需求。

以太网接口：配备 1 个 10GbE 和 2 个 Gb 以太网接口，支持时间敏感网络(TSN)、音视频桥接(AVB) 和 IEEE 1588 同步协议，确保高速且精确的数据传输，适用于工业自动化和车载网络等需要高可靠性和低延迟的应用。

USB 接口：提供 1 个 USB 3.0 Type C 和 1 个 USB 2.0 Type C 接口，支持高速数据传输和多种外接设备，提升系统的扩展性和灵活性。

CAN FD 接口：具备 5 个 CAN FD 接口，适用于车辆和工业控制系统，提供可靠的通信能力，支持更高的数据速率和更高效的数据传输。

串行通信接口：支持 8 个 UART、8 个 I²C、8 个 SPI 和 2 个 I3C 接口，提供多样化的通信选项，方便与各种传感器、执行器和其他外围设备的连接。

模数转换器（ADC）：包含 1 个 8 通道、12 位ADC，适用于精确的模拟信号测量，如传感器数据采集和监控应用。

FlexIO 接口：提供 2 个 32 引脚的 FlexIO 接口，可配置为 UART、SPI、I²C 和 I²S 等通信接口，增加系统设计的灵活性，满足特定应用需求。

PCIe 接口：配备 2 个 PCIe Gen 3 通道，支持高速数据传输和扩展，适用于连接高性能外设，如高速存储设备和网卡。

MIPI-DSI 显示接口：支持高达 350 MHz 的 MIPI-DSI，采用四通道配置，每个通道的数据传输速率为 2.5 Gbps，能够实现 4K 分辨率 (每秒 30 帧) 或 3840x1440 分辨率 (每秒 60 帧) 的显示输出，满足高分辨率显示需求。

LVDS 显示接口：支持最高 1080p@60fps 的 LVDS 传输，可配置为 2 组 4 通道或 1 组 8 通道，提供灵活的显示接口选项，满足不同的显示应用需求。

 

AI功能展示：从物体检测到深度估计

基于i.MX 95的AI摄像头或工业电脑，结合NPU、GPU和ISP技术，能够实现多种AI功能，包括：  

物体检测(Object Detection)：识别并定位图像中的各种物体。

肢体识别(Pose Estimation)：分析人体姿态，追踪关键点位置。

物体分割(Object Segmentation)：将图像中的物体从背景中分离出来。

工地安全帽检测(Construction Helmet Detection)：确认工人是否佩戴安全帽。

车辆检测(Vehicle Detection)：识别并追踪车辆。

口罩检测(Mask Detection)：判断人员是否佩戴口罩。

水果检测(Fruit Detection)：识别不同种类的水果。

人体特征点检测(Human Keypoint Detection)：定位人体关键点。

手部骨架检测(Hand Skeleton Detection)：追踪手部关节位置。

深度估计(Depth Estimation)：估计图像中物体与相机之间的距离。

 

这些功能以每秒30帧的速度处理影像，仅占用一个CPU核心，大幅减轻了系统负担，满足边缘计算的高效需求。

 

 

推动AI计算平台的未来发展

NXP通过 NXP (恩智浦) 在推动 人工智能(AI) 计算平台方面展现了卓越的进步。通过 eIQ 能够快速应用 TensorFlow、TensorFlow Lite、ONNX、Keras 等深度学习框架。如同下图所示，只需将影像、声音等相应的数据委托(Delegate) 给任意一个深度学习框架进行推理，即可快速解析神经网络架构以获得结果。而该框架将通过 Neutron Delegate 进行优化加速运算处理。经实际测试，YOLOv5s 目标检测，推理速度约可达到每秒 190 帧 (FPS)。

图4 NXP I.MX95 EVK深度学习应用示意图

 

从 i.MX 8M Plus、i.MX 93 到最新的 i.MX 95 系列，性能提升显著，特别是在物体检测等常见 AI 应用中，运算速度大幅提高。即使在物理规格相近的情况下 i.MX 95 的神经处理单元(NPU)相比于 i.MX 8M Plus，运算速度更快。提升了近四倍。

图5 i.MX 95 AI 性能示意图

 

i.MX 95 系列处理器不仅具备强大的运算能力，还提供丰富且多样化的 I/O 接口配置。这使开发者能够灵活地连接各种外设，满足不同应用场景的需求，提供高度的设计自由度和扩展性。实际应用中，这些处理器展现了极大的灵活性，可广泛应用于物联网(IoT)、工业 4.0、自动驾驶等领域。充分实现边缘计算(Edge Computing) 的概念，创造更高的应用价值。

 

另外，NXP 为开发者提供了强大的工具，助力他们在各种创新应用中实现 AI 能力。

eIQ 工具包用于端到端模型开发和部署

eIQ模型水印技术

eIQ 示例

eiq模型库

nxp-nnstreamer-示例

GUI 指南

由WPI提供的AI演示

WPI 提供的 ATU 模型库

 

 

 

 

►展示板照片

 

►方案方块图

 

►核心技术优势

◆ 搭配算力 2 TOPS 的 eIQ Neutron 神经处理器(Neural Processing Unit，NPU)，具备强大的机器学习推理能力。相比广为人知的图形处理器(Graphics Processing Unit，GPU)，更省电、效率更高，是专门为深度学习和人工智能设计的处理器！

 

◆ 独立 SOM 开发板设计，并搭配强大的 NXP i.MX 95 芯片，可根据需求自由配置 I/O 接口，与 SOM 搭配使用。这种灵活性使开发者能够针对特定应用场景设计符合需求的硬件平台，充分发挥 i.MX 95 芯片的性能和功能。

 

◆ 结合 I/O 开发板能够提供齐全的周边配置。例如高清多媒体接口(HDMI)、低压差分信号技术接口(LVDS)、以太网(Ethernet)、控制器局域网(CAN bus)、异步收发传输器(UART)、通用串行总线接口(USB Type A/C)、3.5 mm 耳机音频接口、摄像头数据传输接口(MIPI-CSI)、显示数据传输接口(MIPI-DSI)、M.2 - PCIe 3.0 传输接口。

 

◆ 可快速上手应用 eIQ / PyeIQ 机器学习开发环境，提供 TensorFlow、TensorFlow Lite、ONNX、Keras、Pytorch 等多种深度学习框架的应用示例。

 

►方案规格

MPU (NXP i.MX95, MX95LPD5EVK-19CM) 核心规格：

◆ 强大的六核 Arm Cortex-A55 处理器，主频高达 1.8 GHz

◆ eIQ Neutron 神经处理单元，性能高达 2 TOPS

◆ 双图像信号处理器(ISP)，支持 RGB-IR 格式

◆ 两个 MIPI-CSI 摄像头接口，用于视觉处理应用

◆ 强大的 3D/2D 图形加速(Arm Mali-G310)

◆ 强大的视频编码器和解码器，支持高达 4Kp60 帧率 (包括 JPEG、H.264 和 H.265)

◆ 高清显示：MIPI-DSI 支持 4Kp30，LVDS 支持 1080p

◆ 内置 eMMC 5.1，存储容量为 64GB

◆ 支持外部内存，数据速率高达 6.4 GT/s，32 位接口，支持 LPDDR5/LPDDR4X

 

MPU (NXP i.MX95, MX95LPD5EVK-19CM) I/O 规格：

◆ 1 个 10GbE + 2 个 Gb 以太网，支持 TSN、AVB 和 IEEE 1588 同步

◆ 1 个带 PHY 的 USB 3.0 Type C + 1 个带 PHY 的 USB 2.0 Type C

◆ 5 个 CAN FD 接口

◆ 8 个 UART，8 个 I²C，8 个 SPI，2 个 I3C

◆ 1 个 8 通道、12 位 ADC

◆ 2 个 32 针 FlexIO 接口

◆ 2 个 PCIe Gen 3 单通道接口

 

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