让笔记本电脑重获生机：莱迪思为笔记本电脑增添重要功能

实时在线和瞬时启动

如今，笔记本电脑进入睡眠或唤醒状态只有三种操作方式：按下按钮（可能是用鼠标），合上机盖或等待电脑进入睡眠。新款的笔记本电脑可能会通过语音命令唤醒。

笔记本电脑面临的主要问题在于其SoC芯片。SoC负责控制笔记本电脑中进行的各类活动，因此，它参与了电脑执行的绝大多数任务。SoC包含CPU核心，可能还包括其他处理电路和外设电路，它在工作时会消耗大量能量。

由于SoC参与了笔记本电脑的大量活动，因此在系统（尤其是SoC）休眠时，电脑几乎无法处理任何任务。睡眠期间可用的功能就是和唤醒系统相关的选项。其他任务都无法在睡眠的系统上运行。在某些情况下，如果需要处理特定的任务（如下载电子邮件、网络监控等），工作功率会达到100毫瓦，大大减少了电池使用时间。

如果笔记本电脑拥有响应传感器信号的AI功能，那么即使SoC处于睡眠状态，电脑也可以执行许多任务。AI功能可以在SoC睡眠时工作或做出决策，要么唤醒SoC开展进一步的工作，要么让SoC保持睡眠状态，让AI处理所需完成的任务。低功耗FPGA是实现AI功能的理想硬件平台。它们拥有足够的处理能力执行基本的AI任务（例如存在检测），功耗却比SoC低得多。如果AI确定需要SoC参与任务，则将其唤醒，配合AI进行处理或采取其他措施。

莱迪思sensAI解决方案集合可搭载iCE40 UltraPlus、ECP5™和CrossLink-NX FPGA，轻松实上述AI功能。但是目前为止，此类AI大多应用于物联网（IoT）设备。例如，智能门铃可能具有以下功能：

● 检测人员和其他物体（如包裹）的存在。

● 检测和/或识别出特定的人脸或人。可以是注册为授权用户的特定人员（例如房屋的居住者），也可以是经常路过门铃摄像头的人员，例如身穿制服的快递员或园丁。

● 理解一些手势或语音命令。将面部识别与语音关键词或密码验证相结合，可以实现双重身份验证登录，提高安全性。

● 利用兼容各类传感器的推理引擎来最大程度地减少传输到云端数据。

在此类应用中，莱迪思FPGA能够在SoC不工作的状态下，在更低功耗下提供比独立CPU更高的性能，因为CPU必须通过软件执行任务，而FPGA采用效率更高、基于硬件的实现。例如，控制智能门铃或监控摄像头的CPU每秒可处理1-2帧，而功耗却高达100 mW。 莱迪思iCE40 UltraPlus FPGA在7 mW功耗下每秒可处理5帧，性能为前者的3-5倍，功耗仅为前者的十四分之一。

如果莱迪思的sensAI解决方案可用于智能门铃或监控摄像头，则同样适用于笔记本电脑，实现以下功能：

● 检测用户何时观看屏幕。当用户的视线离开屏幕时，调暗屏幕节省电量；注意力重新聚焦屏幕时，增加屏幕亮度。

● 根据笔记本电脑所处的位置调整安全设置。

● 检测用户的视线方向。这可以简化通常需要鼠标的任务。眼部跟踪可以避免手动操作某些频繁出现的任务。

● 优化图形渲染的功耗。可以着重渲染用户正在观看的屏幕部分。其余部分保持相对模糊或较低的渲染效果，从而节省电量，直到用户视线转移到屏幕的其他部分。

● 通过玩家的眼睛移动影响游戏的叙述轨迹。

● 检测是否有人在用户背后偷窥。

● 没人使用笔记本电脑时，调暗屏幕以节省电量。

下面的示意图说明了莱迪思iCE40 UltraPlus FPGA如何分担笔记本电脑SoC的一些AI处理工作。

在此设计中，传感器接口收集各个传感器的输入，在FPGA的神经网络（NN）加速器中进行处理，并在片上SRAM存储处理神经网络所需的权重和激活值。如果需要进一步处理，加速器则做出决策，唤醒SoC。

AI功能的构建采用了莱迪思sensAI解决方案集合的各种资源以及iCE40 UltraPlus和CrossLink-NX FPGA。设计人员可以使用完善的软件工具和整套设计工具，进一步调整在Caffe、Keras、MobileNet、ResNet、SSD和TensorFlow等主要框架上训练的网络。sensAI包括了参考设计、演示板、IP核和硬件平台，可用于开发各类常见的AI应用（例如存在检测、对象计数、面部识别等）。莱迪思还提供定制设计服务，让开发人员快速实现AI功能，而无需全方位学习如何开发和实现AI应用。

减少信号数量，迈入全新形态

现代笔记本电脑面临的第二个挑战是如何超越传统的外观。这涉及到笔记本的灵活性，例如从中间将屏幕折叠将其收起。笔记本电脑的设计面临着大量信号传输的难题，这些信号又涉及到众多协议。

一种简单的处理方法是通过信号聚合来减少信号数量。可以将多个低带宽接口复用到单个更高带宽的信号上，然后再进行解复用，大大优化了笔记本电脑的布线。它使电路板之间的连接更简单，还能简化电路板上的布线，还意味着能够大大减少穿过铰链或其他柔性元件的线路。并且由于减少了连接器数量，可靠性也得到增强。

信号聚合可以在单线或一对LVDS上实现。莱迪思的FPGA可以提供诸多性能选择来传输这些信号，从而为最高效的设计实现提供方案。例如，一片iCE40 UltraPlus FPGA可以以在单线上实现7 Mbps的传输速率。使用更高性能的莱迪思FPGA，可以实现更高的带宽聚合速度。

然而，问题在于，不同的信号可能采用不同的协议进行传输。可以通过类似于传感器集线器（Hub）的I/O集线器来解决这一难题。该集线器可聚合不同类型的本地I/O信号，并将其复用到数量较少的高速线路上。这些线路连接另一端的I/O集线器，信号在此被还原为最初的协议类型。

莱迪思的FPGA提供用于接收I/O信号并传输多路复用信号的物理硬件。莱迪思还提供用于构建I/O集线器的IP。信号聚合可适用各类传感器，因此不同类型的传感器（RGB、IR、激光雷达、雷达等）数据流或通过不同总线类型（I2C、I2S、UART、GPIO）传输的信号可以聚合在同一引脚或线路上。莱迪思在智能手机的信号聚合方面长期积累了丰富的经验，这些同样适用于笔记本电脑上的传感器聚合应用。

莱迪思助您打造未来的笔记本电脑

工程师们正努力开发全新的笔记本电脑，为用户提供类似智能手机和平板电脑的使用体验。与今天的产品相比，未来的笔记本电脑将更易于使用、电池寿命更长并且更加安全。

功耗和外形尺寸方面的改进将最为显著。笔记本电脑将通过节电技术，让用户可以连续使用一整天或更长时间。它们还将变得更加灵活、便携。

而莱迪思FPGA将是笔记本电脑实现这些新功能的关键。在SoC之外处理工作可延长SoC的睡眠状态，仅在需要使用其计算能力时才将其唤醒，这将大幅降低功耗。在硬件上实现AI以及传感器集线器，可以连接多个摄像头、麦克风和其他传感器，意味着SoC停止工作的时间更长。聚合多路信号的I/O集线器有助于减少信号数量，实现基于AI的传感器聚合，笔记本电脑的构建因此更加简单，还能提供更丰富的用户体验。

莱迪思的FPGA为这些集线器提供了硬件平台，sensAI解决方案集合则使AI功能更易实现。两者结合可以帮助开发人员制造更轻便、功耗更低的笔记本电脑，为2020年代的企业和个人用户提供更强大的生产力工具。