面向 Holoscan Sensor Bridge (HSB) 的 Altera FPGA 解决方案

本文将介绍面向 NVIDIA Holoscan Sensor Bridge (HSB) 提供的 Altera FPGA 解决方案的特点、部署优势以及评估与开发环境。关于 NVIDIA Holoscan 及 Holoscan Sensor Bridge 的概述，请参阅：《支撑物理 AI 的 Holoscan Sensor Bridge (HSB) 是什么？》

一、在 HSB 中采用 Altera® FPGA 的优势

Altera® 凭借其高速传感器数据处理、低延迟运行以及灵活的接口支持，为 Holoscan Sensor Bridge 架构提供了最佳平台。

在 HSB 生态系统中，NVIDIA 支持 Altera® 及提供 FPGA 开发板的 Terasic 作为其 FPGA 合作伙伴。通过在 HSB 中采用 Altera® FPGA，可以对来自多个传感器的大容量数据进行低延迟的同步和预处理，在减轻 GPU 负载的同时实现实时 AI 处理。

高速传感器数据处理

Altera® FPGA 能够对海量传感器数据进行实时预处理。由于不会将不需要的数据传输到 GPU，因此有助于提高整个系统的效率。

低延迟、实时性

通过基于 FPGA 的硬件处理，与基于 CPU 的软件处理相比，可实现低延迟且确定性的运行。

与 NVIDIA Holoscan 的兼容性

NVIDIA 和 Altera® 提供了面向 HSB 的参考设计，有助于缩短开发周期并降低设计风险。

灵活的传感器接口

Altera® FPGA 支持多种接口：MIPI、LVDS、JESD、以太网、SLVS-EC 等。其优点在于，即使将来需要更换传感器，也能通过 FPGA 重新编程轻松应对。

降低 GPU 负载

在 HSB 架构中，以下处理可在 FPGA 侧完成，从而使 GPU 专注于 AI 推理任务，从而提高整个系统的处理效率。

　・过滤、ROI 提取、格式转换、时间戳添加、数据压缩/精简

发展前景与产品路线图

Altera® 的 Agilex™ FPGA 系列作为面向边缘 AI、医疗和机器人应用的 HSB 平台，具备极高的可扩展性。

　・PCIe Gen4

　・高速 Ethernet (10GbE～400GbE)

　・集成 Arm 内核的 SoC FPGA

　・长期供应

图1 HSB 整体架构与 Altera FPGA 定位

二、HSB 开发套件

HSB 开发套件需要具备“能够接收多种传感器输入的扩展性”和“支持高速以太网的通信性能”。如果开发套件配备了 FMC 连接器，则通过连接支持 FMC 的子卡，即可轻松扩展所需的各种接口。

Stratix 10 Sensor Processing Kit

1. 搭载 Stratix 10 TX FPGA (1ST040EH2F35E2VG)
2. 配备 2 个 QSFP28 100GbE 端口
　・与 NVIDIA GPUDirect RDMA 结合使用，可降低 CPU 负载

3. 连接子卡以扩展 I/O
　・支持 FMC

图2 Stratix 10 Sensor Processing Kit 与 FMC Daughter Card

Atum A5 Development Kit

1. 搭载 Agilex 5 FPGA (A5ED065BB32AE4S)
2. 配备 1 个 QSFP+ 40GbE 端口
　・与 NVIDIA GPUDirect RDMA 结合使用，可降低 CPU 负载
3. 标配 HSB 所需的接口

　・MIPI 连接器 ×2

　・PCIe Gen3 x4

　・HDMI

　・2.5GbE Ethernet

4. 连接子卡以扩展 I/O
　・FMC+ 对应

图3 Atum A5 Development Kit

三、总结

本文主要介绍面向 NVIDIA HSB 的 Altera FPGA 解决方案，涵盖其高速数据处理、低延迟、灵活接口等六大优势，以及 Stratix 10 Sensor Processing Kit 和 Atum A5 Development Kit 两款开发套件的特性与适用场景。

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