Physical AI を支える Holoscan Sensor Bridge（HSB）とは？ - 半導体事業

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設計 AI・人工知能 FPGA/CPLD/ASIC Altera Corporation

～高精度なセンサー同期と高速データ転送を実現する Sensor-over-Ethernet プラットフォーム～

Holoscanは、エッジ環境において複数のセンサーからのストリーミングデータを高精度に同期しながら、低レイテンシーで AI推論を実行できるプラットフォームです。

医療機器、産業検査、ロボティクス、放送など、ミリ秒単位の超低遅延が求められるエッジ AI パイプラインの開発・展開を大幅に効率化します。
そして、この Holoscan のセンサー接続基盤として重要な役割を担うのが、HSB (Holoscan Sensor Bridge) です。

HSB は、多様のセンサーから取得したデータを高精度に同期し、高速Ethernet経由でGPUへ低遅延に転送する Sensor-over-Ethernet プラットフォームです。
Physical AI を支える Holoscan において、HSB はセンサーと GPU をつなぐ重要な役割を担います。

Physical AI におけるセンサー同期の重要性

ロボティクス、自律搬送ロボット (AMR)、医療機器、産業検査装置などの分野では、AI が実世界を認識し、自律的に判断・行動する Physical AI の実現に向けた取り組みが加速しています。

Physical AI システムでは、カメラ、LiDAR、Radar、IMUなどの多様なセンサーから取得したデータをリアルタイムに処理し、周囲の状況を正確に認識する必要があります。
このとき重要となるのが、複数センサーの時刻を高精度に一致させる「センサー同期」です。

例えば、自律移動ロボットが周囲の障害物を認識する場合、カメラ画像とLiDARデータが異なる時刻の情報であれば認識誤差や誤判断の原因となります。すべてのセンサーが同じ瞬間を捉えた状態を実現することで、高精度なセンサーフュージョン、安全性の向上、より正確な環境認識が可能になります。

また、Physical AI では、複数の種類のセンサーデータを統合して判断するマルチモーダル処理が重要になります。AI は異なるデータ間の相関関係を学習し、人間では発見が難しい兆候や要因を見つけ出すことができます。電流、振動、温度、画像、音といった異なる種類のデータを同時に解析することで、単なる異常検知にとどまらず、異常発生の要因や根本原因の推定までおこなうことができます。

これにより、予知保全や品質改善、設備稼働率の向上など、多くの分野で新たな価値を生み出しています。

Holoscan の構成

Holoscanは、カメラや LiDAR などのセンサーから生成されるストリーミングデータを GPU に低遅延で取り込み、センサーフュージョンや AI推論をリアルタイムに実行するためのプラットフォームです。
医療機器、ロボティクス、産業検査などのPhysical AI システム開発を大幅に効率化できます。

Holoscan は、以下の3つの要素で構成されています。

　・センサー群

　・HSB (Holoscan Sensor Bridge)

　・Holoscan SDK

センサー群

Holoscan は特定のセンサーに限定されず、さまざまなベンダーのセンサーに対応できます。
仕様の異なる各種センサーからリアルタイムにデータを取得します。

◆主なセンサー例

　・カメラ（RGB、IR、サーマル）
　・LiDAR
　・Radar
　・IMU
　・エンコーダー
　・音響センサー
　・温度・圧力・振動センサーなど

◆主なインターフェース
　（データインターフェース）
　・JESD204
　・MIPI CSI
　・HDMI
　・SLVS-EC
　・SDI

　（制御インターフェース）
　・CAN
　・SPI
　・GPIO

HSB (Holoscan Sensor Bridge)

HSB は、センサーと GPU の間に配置されるデータ統合・同期基盤として機能します。

Physical AI では、「センサーデータを低遅延かつ高精度に GPU へ取り込み、リアルタイムなセンサーフュージョンや AI推論へ活用すること」が重要になります。

HSB は、多様なセンサーインターフェースを統合し、同期されたセンサーデータを高速 Ethernet 経由で GPU へ低遅延に転送します。

NVIDIA は、HSB を実装するための FPGA向けIP (Intellectual Property) を提供しており、NVIDIA FPGA パートナーである Altera® FPGA 上に実装できます。

HSB の主な役割は以下のとおりです。

◆多様なセンサー接続

　・カメラ、LiDAR、Radar、IMUなどからデータを取得

◆インターフェース統一

　・プロトコル変換

◆データ前処理

　・フォーマット変換

　・データ整形/圧縮

　・タイムスタンプ付与

　・多センサー同期

◆パケット化と高速転送

　・Ethernet転送（10G/25G/100G/400G）

Holoscan SDK

Holoscan SDK は、HSB から受け取ったセンサーデータを活用して、AI推論やセンサーフュージョン、可視化処理を実行するためのソフトウェアプラットフォームです。

Physical AI アプリケーションの開発から運用までを効率化します。

Holoscan SDK の主な機能は以下のとおりです。

　・センサーフュージョン
　・AI推論
　・画像認識・物体検出
　・3D認識・空間認識
　・ロボット制御
　・デジタルツイン連携
　・リアルタイム可視化
　・アプリケーション開発フレームワーク

Holoscan Sensor のフロー全体とHoloscan Sensor Bridge（HSB）

最後に

Physical AI では、センサーデータを低遅延かつ高精度に GPU へ取り込み、リアルタイムなセンサーフュージョンや AI推論へ活用することが重要になります。

HSBは、高精度なセンサー同期と高速データ転送を実現する Sensor-over-Ethernet プラットフォームとして、Physical AI 時代のセンサー統合基盤を担う重要な技術です。

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Holoscan Sensor Bridge や Altera® FPGA を活用した Physical AI システムの構築をご検討の際は、お気軽にお問い合わせください。

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