Resolvendo os Gargalos do Edge - Amazon S3€¦ · 17/07/2019  · e segurança (54%) são as três...

40
Globalcode – Open4education Resolvendo os Gargalos do Edge FPGAs: De monstros a solução João Dullius Engenheiro de Aplicações - BP&M

Transcript of Resolvendo os Gargalos do Edge - Amazon S3€¦ · 17/07/2019  · e segurança (54%) são as três...

Page 1: Resolvendo os Gargalos do Edge - Amazon S3€¦ · 17/07/2019  · e segurança (54%) são as três maiores barreiras travando a adoção de IoT na área médica atualmente Privacidade

Globalcode – Open4education

Resolvendo os Gargalos do EdgeFPGAs: De monstros a solução

João DulliusEngenheiro de Aplicações - BP&M

Page 2: Resolvendo os Gargalos do Edge - Amazon S3€¦ · 17/07/2019  · e segurança (54%) são as três maiores barreiras travando a adoção de IoT na área médica atualmente Privacidade

Globalcode – Open4education

O palestrante

Engenheiro de Aplicações

Processamento Embedded

FPGAs

João DulliusBP&M Representações

[email protected]

Page 3: Resolvendo os Gargalos do Edge - Amazon S3€¦ · 17/07/2019  · e segurança (54%) são as três maiores barreiras travando a adoção de IoT na área médica atualmente Privacidade

Globalcode – Open4education

Internet of Everything

Page 4: Resolvendo os Gargalos do Edge - Amazon S3€¦ · 17/07/2019  · e segurança (54%) são as três maiores barreiras travando a adoção de IoT na área médica atualmente Privacidade

© Copyright 2019 Xilinx

Data Explosion Across IIoT and HcIoTBenefits of the IoT Revolution

Source: Forbes https://www.forbes.com/sites/bernardmarr/2018/05/21/how-much-data-do-we-create-every-

day-the-mind-blowing-stats-everyone-should-read/#558a143f60ba

2.5 Quintillion Bytes

of data created per day

90% of World Data

created in last 2 years

2.5 Exabytes

de dados gerados por dia

90% dos Dados do Mundo

gerados nos últimos 2 anos

Mais de 60 Yottabytes

serão usados em AI em 2019

Source: Forbes https://www.forbes.com/sites/bernardmarr/2018/05/21/how-much-data-do-we-create-every-

day-the-mind-blowing-stats-everyone-should-read/#558a143f60ba

Qual a quantiade de dados gerada diariamente?

Page 5: Resolvendo os Gargalos do Edge - Amazon S3€¦ · 17/07/2019  · e segurança (54%) são as três maiores barreiras travando a adoção de IoT na área médica atualmente Privacidade

Globalcode – Open4education

VoT - Video of Things

Page 6: Resolvendo os Gargalos do Edge - Amazon S3€¦ · 17/07/2019  · e segurança (54%) são as três maiores barreiras travando a adoção de IoT na área médica atualmente Privacidade

Globalcode – Open4education

VoT - Video of Things

Page 7: Resolvendo os Gargalos do Edge - Amazon S3€¦ · 17/07/2019  · e segurança (54%) são as três maiores barreiras travando a adoção de IoT na área médica atualmente Privacidade

Globalcode – Open4education

VoT - Video of Things

Page 8: Resolvendo os Gargalos do Edge - Amazon S3€¦ · 17/07/2019  · e segurança (54%) são as três maiores barreiras travando a adoção de IoT na área médica atualmente Privacidade

Globalcode – Open4education

VoT - Video of Things

Page 9: Resolvendo os Gargalos do Edge - Amazon S3€¦ · 17/07/2019  · e segurança (54%) são as três maiores barreiras travando a adoção de IoT na área médica atualmente Privacidade

Globalcode – Open4education

VoT - Video of Things

Page 10: Resolvendo os Gargalos do Edge - Amazon S3€¦ · 17/07/2019  · e segurança (54%) são as três maiores barreiras travando a adoção de IoT na área médica atualmente Privacidade

Globalcode – Open4education

4K

VoT - Video of Things

2160

3840

Page 11: Resolvendo os Gargalos do Edge - Amazon S3€¦ · 17/07/2019  · e segurança (54%) são as três maiores barreiras travando a adoção de IoT na área médica atualmente Privacidade

Globalcode – Open4education

VoT - Video of Things

Resolution H.264 MJPEG

1MP (1280*720) 2 Mbps per camera 6 Mbps per camera

2MP (1920*1080) 4 Mbps per camera 12 Mbps per camera

5MP (2560*1960) 10 Mbps per camera 30 Mbps per camera

4K (3840*2160) 18 Mbps per camera 64 Mbps per camera

Page 12: Resolvendo os Gargalos do Edge - Amazon S3€¦ · 17/07/2019  · e segurança (54%) são as três maiores barreiras travando a adoção de IoT na área médica atualmente Privacidade

Globalcode – Open4education

Rede 4G

16/07/19

Palestra Yara Senger

Sala Stadium

16/07/19

Palestra Alberto Cardoso

Sala IoT

Page 13: Resolvendo os Gargalos do Edge - Amazon S3€¦ · 17/07/2019  · e segurança (54%) são as três maiores barreiras travando a adoção de IoT na área médica atualmente Privacidade

Globalcode – Open4education

• Mais de 100M de devices IoT na

área medica estão atualmente

instalados, crescendo para 161M em

2020

• Executivos dizem que privacidade

(59%), integração de sistemas

legados (55%) e segurança

(54%) são as três maiores barreiras

travando a adoção de IoT na área médica

atualmente

Privacidade de dados e Segurança

Page 14: Resolvendo os Gargalos do Edge - Amazon S3€¦ · 17/07/2019  · e segurança (54%) são as três maiores barreiras travando a adoção de IoT na área médica atualmente Privacidade

Globalcode – Open4education

Privacidade de dados e Segurança

Page 15: Resolvendo os Gargalos do Edge - Amazon S3€¦ · 17/07/2019  · e segurança (54%) são as três maiores barreiras travando a adoção de IoT na área médica atualmente Privacidade

Globalcode – Open4education

Privacidade de dados e Segurança

Page 16: Resolvendo os Gargalos do Edge - Amazon S3€¦ · 17/07/2019  · e segurança (54%) são as três maiores barreiras travando a adoção de IoT na área médica atualmente Privacidade

Globalcode – Open4education

PoT - Physics of Things

Physics of Systems

Distância NYC/LA: 2,800 milhas

Velocidade da luz: 186,000 milhas/s

Round trip: 2*2800/186000 = 30ms

Frequência de Controle = 10ms

Page 17: Resolvendo os Gargalos do Edge - Amazon S3€¦ · 17/07/2019  · e segurança (54%) são as três maiores barreiras travando a adoção de IoT na área médica atualmente Privacidade

Globalcode – Open4education

GARGALOS DE

PROCESSAMENTO

Page 18: Resolvendo os Gargalos do Edge - Amazon S3€¦ · 17/07/2019  · e segurança (54%) são as três maiores barreiras travando a adoção de IoT na área médica atualmente Privacidade

Globalcode – Open4education

System Performance

AI Computer Vision

initimage read

image pre-processing

inferencePost-

processing

Page 19: Resolvendo os Gargalos do Edge - Amazon S3€¦ · 17/07/2019  · e segurança (54%) são as três maiores barreiras travando a adoção de IoT na área médica atualmente Privacidade

Globalcode – Open4education

Goodbye Moore Law

Page 20: Resolvendo os Gargalos do Edge - Amazon S3€¦ · 17/07/2019  · e segurança (54%) são as três maiores barreiras travando a adoção de IoT na área médica atualmente Privacidade

Globalcode – Open4education

CPUs são sequenciais!

Page 21: Resolvendo os Gargalos do Edge - Amazon S3€¦ · 17/07/2019  · e segurança (54%) são as três maiores barreiras travando a adoção de IoT na área médica atualmente Privacidade

Globalcode – Open4education

System Performance

AI Computer Vision

initimage read

image pre-processing

inferencePost-

processingGPU

ML Latency

Page 22: Resolvendo os Gargalos do Edge - Amazon S3€¦ · 17/07/2019  · e segurança (54%) são as três maiores barreiras travando a adoção de IoT na área médica atualmente Privacidade

Globalcode – Open4education

System Performance

ML Latency

AI Computer Vision

initimage read

image pre-processing

Post-processing

GPU

Page 23: Resolvendo os Gargalos do Edge - Amazon S3€¦ · 17/07/2019  · e segurança (54%) são as três maiores barreiras travando a adoção de IoT na área médica atualmente Privacidade

Globalcode – Open4education

AI Computer Vision

initimage read

image pre-processing

Post-processing

GPU

Page 24: Resolvendo os Gargalos do Edge - Amazon S3€¦ · 17/07/2019  · e segurança (54%) são as três maiores barreiras travando a adoção de IoT na área médica atualmente Privacidade

Globalcode – Open4education

FPGAO Monstro

Page 25: Resolvendo os Gargalos do Edge - Amazon S3€¦ · 17/07/2019  · e segurança (54%) são as três maiores barreiras travando a adoção de IoT na área médica atualmente Privacidade

Globalcode – Open4education

FPGAs

Page 26: Resolvendo os Gargalos do Edge - Amazon S3€¦ · 17/07/2019  · e segurança (54%) são as três maiores barreiras travando a adoção de IoT na área médica atualmente Privacidade

Globalcode – Open4education

FPGAs

Page 27: Resolvendo os Gargalos do Edge - Amazon S3€¦ · 17/07/2019  · e segurança (54%) são as três maiores barreiras travando a adoção de IoT na área médica atualmente Privacidade

Globalcode – Open4education

FPGAs

Page 28: Resolvendo os Gargalos do Edge - Amazon S3€¦ · 17/07/2019  · e segurança (54%) são as três maiores barreiras travando a adoção de IoT na área médica atualmente Privacidade

Globalcode – Open4education

FPGAA Solução

Page 29: Resolvendo os Gargalos do Edge - Amazon S3€¦ · 17/07/2019  · e segurança (54%) são as três maiores barreiras travando a adoção de IoT na área médica atualmente Privacidade

Globalcode – Open4education

FPGA Fabric• 7 Series FPGA Fabric

• Custom Engines

Tightly Coupled Domains• 3000+ interconnects

• Up to 100Gb/s Bandwidth

Integrated Analog• Temp & Power Monitor

• 12-bit 1MSPS ADC

Integrated Peripherals• USB, GigE, CAN

• UART, SDIO, I2C, SPI

High BW Memory• L1/L2 Cache, OCM

• DDR2/3, LPDDR2 w/ECC

Application Processor• Single or Dual Core

• Up to 1GHzA9

Dual Core1GHz

Kintex-7 FPGA Fabric

Dual-Core 800MHz

Artix-7 FPGA Fabric

Single-Core766MHz

Artix-7 FPGA Fabric

Zynq-7000

Page 30: Resolvendo os Gargalos do Edge - Amazon S3€¦ · 17/07/2019  · e segurança (54%) são as três maiores barreiras travando a adoção de IoT na área médica atualmente Privacidade

Globalcode – Open4education

Mais periféricos?

Drag, Drop,

and Customize

UART1

UART2

. . .

UARTN

USB

PWM

ADC

MIPI

HDMI

Ethernet

DDR2/3

WiFi

Microblaze / ARM Core

Memory

Management

Unit

Instruction

CacheData Cache

Ethernet

USB

UART

I2C Controller

SPI Controller

Ext Mem Controller

Ethernet ControllerDDR Controller

.

.

.

IP Catalog

Partner IP

CAN

. . .

Automotive & Industrial

Video & Image Processing

Embedded

Networking

Digital Signal Processing

Drag & Drop

100’s de IP & Peripherals

SPI

I2C

✓ Expanda interfaces e features

✓ Adote os mais novos

protocolos(e.g., EtherCAT, TSN, …)

✓ Desenvolva um sistema

“Future-Proof” e que evolui de

acordo com o mercadoML

Processing System

Page 31: Resolvendo os Gargalos do Edge - Amazon S3€¦ · 17/07/2019  · e segurança (54%) são as três maiores barreiras travando a adoção de IoT na área médica atualmente Privacidade

Globalcode – Open4education

Plataformas

Page 32: Resolvendo os Gargalos do Edge - Amazon S3€¦ · 17/07/2019  · e segurança (54%) são as três maiores barreiras travando a adoção de IoT na área médica atualmente Privacidade

Globalcode – Open4education

Aceleração em Hardware

Processing System

Programmable Logic

Input

Arm® Core

Output

System-Level Profiling1

Toggle SW-HW Partitioning2

System Optimizing Compiler3

C/C++ C/C++ C/C++C/C++

Toggle HW/SW [S]Toggle HW/SW [H]

Page 33: Resolvendo os Gargalos do Edge - Amazon S3€¦ · 17/07/2019  · e segurança (54%) são as três maiores barreiras travando a adoção de IoT na área médica atualmente Privacidade

Globalcode – Open4education

Machine Learning with SoC/FPGA

FPGA

Processor

image read

image pre-processing

DPU

Post-processing

v4l2src

Page 34: Resolvendo os Gargalos do Edge - Amazon S3€¦ · 17/07/2019  · e segurança (54%) são as três maiores barreiras travando a adoção de IoT na área médica atualmente Privacidade

Globalcode – Open4education

main(){

cv::imread(A);

cv::stereoRectify(A,B,C,D);

cv::stereoLBM(C,D,out);

cv::imshow(out);

}

stereoRectify

stereoLBM

300

300

1 2 3 4Cross-compile

OpenCV application to

Zynq (ARM A9/A53)

Profile and identify

bottleneck functions

Minimal changes to the

code and set functions to

hardware.

Compile for SW/HW.

Run on the board

main(){

cv::imread(A);

xF:stereoRectify<line>(A,B,C,D);

xF:stereoLBM<win,n_disp>(C,D,out);

cv::imshow(out);

}

OpenCV Support with Automatic HW Acceleration

Page 35: Resolvendo os Gargalos do Edge - Amazon S3€¦ · 17/07/2019  · e segurança (54%) são as três maiores barreiras travando a adoção de IoT na área médica atualmente Privacidade

Globalcode – Open4education

xfOpenCV: 50+ Most Needed OpenCV Functions

Page 36: Resolvendo os Gargalos do Edge - Amazon S3€¦ · 17/07/2019  · e segurança (54%) são as três maiores barreiras travando a adoção de IoT na área médica atualmente Privacidade

Globalcode – Open4education

Custom CV Function / Library Creation Flow

stereoRectify

stereoLBM

CUSTOM_CV

300

300

300

1 2 3 4Cross-compileWrite custom CV

function in C, C++

Assign functions to

hardware.

Compile using SDSoC

Run on the board

main(){

cv::imread(A);

xF:stereoRectify<line>(A,B,C,D);

xF:stereoLBM<win,n_disp>(C,D,E);

CUSTOM_CV(E,out);

cv::imshow(out);

}

CUSTOM_CV(E,out){

#pragma HLS PIPELINE

for(…){

#pragma HLS UNROLL

for(…){ …

}

}

}

Page 37: Resolvendo os Gargalos do Edge - Amazon S3€¦ · 17/07/2019  · e segurança (54%) são as três maiores barreiras travando a adoção de IoT na área médica atualmente Privacidade

Globalcode – Open4education

FPGA

Processor

image pre-processing

DPU

Post-processing

image read

AI Computer Vision with SoC/FPGA

Page 38: Resolvendo os Gargalos do Edge - Amazon S3€¦ · 17/07/2019  · e segurança (54%) são as três maiores barreiras travando a adoção de IoT na área médica atualmente Privacidade

Globalcode – Open4education

FPGA

Processor

image pre-processing

DPU

Post-processing

AI Computer Vision with SoC/FPGA

image read

Page 39: Resolvendo os Gargalos do Edge - Amazon S3€¦ · 17/07/2019  · e segurança (54%) são as três maiores barreiras travando a adoção de IoT na área médica atualmente Privacidade

Globalcode – Open4education

FPGAs - Brave New World

Page 40: Resolvendo os Gargalos do Edge - Amazon S3€¦ · 17/07/2019  · e segurança (54%) são as três maiores barreiras travando a adoção de IoT na área médica atualmente Privacidade