物理 AI 时代，FPGA 如何重塑传感与执行系统架构

人工智能的演进正在进入第四波浪潮。从感知 AI、生成式 AI、智能体 AI，到如今的物理 AI，智能不再局限于数字世界，而是开始拥有实体形态，直接作用于物理环境。人形机器人、四足机器人、手术机器人等具身智能设备已从概念走向现实，成为结构性转变而非周期性趋势。

然而，物理 AI 的规模化落地面临一项核心工程挑战：如何在边缘侧高效连接、处理并保护海量且多样化的传感器数据？

传感器多样性与系统瓶颈

每一种具身机器人都需要专属的传感器配置组合——视觉、力矩、惯性测量、激光雷达、超声波等。这些传感器接口各异、数据格式不同、采样率独立，为系统架构带来显著复杂性。

与此同时，传统 SoC 方案面临四大瓶颈：架构灵活性受限、处理器过载、带宽与延迟难以平衡，以及安全边界不易突破。工程师往往需要在性能、功耗与实时性之间进行艰难权衡。

Lattice FPGA：边缘侧的连接、处理与加速

莱迪思提供低功耗、小尺寸 FPGA 解决方案，作为系统级芯片的协同芯片（Companion Chip），在边缘侧实现四大核心功能：

1. 连接 — 灵活的接口

Lattice FPGA 支持 MIPI、LVDS、SPI、I2C、JESD204B/C 等多种传感器接口，能够在硬件层面实现亚微秒级时间戳同步。相机以 30 fps 运行、IMU 以 1 kHz 采样、激光雷达以 10 Hz 工作——所有设备均可基于统一时间基准对齐，确保多源数据融合的准确性。

2. 加速 — 低功耗处理

在数据送入主机 SoC 前，FPGA 可完成协议转换、格式标准化、滤波降噪、感兴趣区域（ROI）提取与数据精简。经过预处理与聚合封包，传输带宽可降低 up to 10 倍，显著卸载主机算力，使系统可采用规格更小、架构更简单的处理器完成同等任务。

3. 执行 — 低延迟、确定性响应

与基于中断和调度的串行处理不同，FPGA 采用并行处理架构，具备可预测的最坏情况时序。在电机控制场景中，Lattice FPGA 负责电流内环控制（FOC、SVPWM），可实现 PWM 更新抖动低于 ±5 ns，ADC 到 PWM 延迟低于 200 ns。相较纯微控制器方案，多轴系统功耗可降低 up to 50%，同时消除中断抢占带来的不确定性。

4. 安全与可信 — 功能安全 (FuSa) 和可信根

Lattice FPGA 基于可编程逻辑架构，具备零指令集（Zero ISA）攻击面，可有效规避针对固定指令集的试错类攻击。内置安全引擎支持 AES-GCM、ASCON-AEAD 等算法，可实现 1080p60 视频流的纳秒级延迟加密，从数据接入入口起全程保障传感器数据安全。

适配多样化生态

Lattice 与 NVIDIA 携手打造 Holoscan 传感器桥接方案。通过 Lattice CertusPro™-NX 等低功耗 FPGA，多路摄像头、雷达、射频与编码器数据可在边缘侧完成时间同步、融合与封包，再以 10 GbE 标准化数据流输送至 NVIDIA Orin、IGX、AGX 及 Thor 平台，帮助 GPU 专注于 AI 推理与路径规划。

在边缘 AI 推理方面，Lattice sensAI™ 以极低的复杂度实现高精度。以人体检测基准测试为例，sensAI 达到 97% 识别准确率，与通用顶尖方案持平；但所需参数量仅为后者的 1/5，输入尺寸为 1/37，功耗低于 1 W，适用于电池供电的人机交互（HMI）、目标检测与缺陷检测等场景。

此外，Lattice CrossLink™-NX 等器件已经通过与 Airy3D 等合作伙伴的合作，支持创新的传感器技术，通过透射式衍射掩膜（TDM）在单颗传感器上同步获取 2D 图像与 3D 深度信息，进一步简化系统架构。

面向未来的网络韧性与全球合规

物理 AI 设备运行在数据中心安全边界之外，面临传感器欺骗、执行器劫持等直接攻击路径。网络韧性（Cyber Resiliency）要求系统在遭受攻击时仍能维持正常运行，并在受损后快速恢复。

莱迪思提供符合美国 CNSA 2.0 与欧盟网络韧性法案（CRA）的后量子加密（PQC）路径，支持 ML-KEM / ML-DSA 标准，助力客户应对 2027 年至 2028 年陆续生效的全球安全法规，包括欧盟 AI 法案对自主机器人的高风险分类要求。

结语

物理 AI 的落地需要先进的传感器、高效的边缘处理与可靠的安全保障。莱迪思致力于通过低功耗可编程技术，帮助客户在传感、处理与保护三个维度构建更智能、更安全、更高效的系统。

本次研讨会深入探讨了传感器桥接架构、Lattice sensAI 模型部署、多轴电机控制参考设计，以及符合 CRA / CNSA 2.0 的安全启动与加密方案。

点击链接观看完整研讨会回放。https://mp.weixin.qq.com/s/MkXs2M9gXJGJ5VAju9HEuA