近年來，人工智能（AI）和機器學習（ML）技術產品需求激增。但研究發現，在自動駕駛等應用中，讓機器學習人類與生俱來的技能和判斷力，簡直難若登天。盡管在部分領域，有關AI的炒作已經超越現實，仍有不少采用ML功能的真實產品開始逐漸吸引消費者的目光。例如采用智能視覺的安防和家居監控系統，就擁有巨大的潛力：分析公司Strategy Analytics預測，2019年至2023年間，家居安防攝像頭市場的增長率將超過50%，市值將從80億美元增至130億美元。

 

由于影像和場景識別被認為是最適合發展ML技術的功能之一，智能攝像頭得以蓬勃發展。家居監控系統中的智能功能可用于：

 

看護老年人或弱勢群體

監測嬰兒睡眠時呼吸是否正常

識別住戶或寵物的面部（例如智能門鈴或智能寵物門），自動允許他們進入

監控住宅周邊的可疑活動，并觸發入侵警報

 

這些搭載高級圖像信號處理器（ISP）的新型智能監控系統，其實就是具有特定功能的計算機。這一類的最新產品采用類似于計算機的架構，需要依靠高速DRAM系統的低延遲、高帶寬作業來儲存在ISP上執行的應用程序代碼。本文將探討影響新型家居安防監控系統類別中DRAM技術選擇的因素，并說明DRAM的發展如何對應ISP型架構的特定需求。

 

功能完善的計算機攝像頭系統內存

 

用于家居安防監控的最新智能攝像頭，使用神經網絡來進行影像或場景識別。這些監控系統包含推理引擎：這是一種經過訓練的軟件算法，可以通過檢視和分析訓練數據集中所含的數千或數百萬個已標記影像，“學會”識別影像或場景類型。

執行推理引擎是一項運算量很大的工作負載，因此一些最新的家居監控系統會搭載高效能的整合式ISP，以及芯片組制造商（例如Ambarella）的AI推理引擎，這些ISP通常采用功能強大的Arm® Cortex®-A系列應用處理器核心。

 

另一種常見家居安防攝像頭設計的方法是“Light AI”，該方法使用Omnivision、Kneron和NXP Semiconductors等制造商所生產的體積較小、功能較少的芯片組。雖然Omnivision和NXP已是全球知名的高級傳感器和處理器芯片供貨商，但隨著近幾年Kneron迅速崛起，該公司成為AI技術的領導者，其KL520被EE Times評選為十大邊緣AI應用芯片組之一。

 

因此，這些以AI為出發點的家居監控系統其實也應算是計算機攝像頭（如圖1），與老式的閉路電視（CCTV） 攝像頭，或單純記錄場景含有時間戳視頻片段的安防攝像頭，是完全不同的裝置。新一代的家居安防攝像頭采用計算機型態的架構，并配備充足的高速DRAM內存來儲存復雜的推理引擎和其他應用程序代碼 （如圖2）。

 

圖2：家居安防攝像頭的典型系統架構包含支持ISP的DRAM系統內存（以Ambarella CV25S為例）

 

但家居監控系統不同于平板電腦、智能手機或其他通用型計算機，具有專用的影像和推理功能，可充分發揮組件和系統架構的效能。這代表DRAM單純是為了滿足影像信號處理功能的需求，而非一般的運算任務。

 

因此，家居安防攝像頭制造商發現，相比使用智能手機或筆記本電腦中常見的高容量4GB、8GB DRAM，專用的低容量或中容量LPDRAM更具優勢。

 

圖3：展示板上為Kneron KL520 SoC。KL520神經處理單元（NPU）獲EE Times評選為十大邊緣AI應用芯片組之一 （KL520內含華邦512Mb LPDDR2 KGD）

 

省電、長效且可靠

 

能耗問題極大地影響了制造商對DRAM類型以及DRAM供貨商的選擇。針對高端計算機和平板電腦，OEM需要盡量提高DRAM內存容量和帶寬最大化，并盡量降低成本，因此必須選擇采用領先工藝制程的最新DRAM技術。

 

相比之下，家居安防和監控攝像頭更注重：

 

省電：例如，智能視頻門鈴的設計必須延長其一次性堿性電池的工作時間，以最大程度地減少更換電池的頻率。

 

長效：根據家居監控系統市場的經濟狀況要求，一款成功的設計必須在市場上維持三年以上。因此，供貨商必須保障這些設計中的組件有長效的使用壽命，避免OEM定期重新設計硬件。

 

可靠性：由于家居監控系統必須安裝在精確的固定位置才能拍攝到所需的場景，這意味著維修和更換都需要技術人員到場處理，相比將故障的筆記本電腦寄回維修中心，成本要高出許多。因此，客戶和OEM都非常重視單個組件及整體系統的可靠性。

 

以上因素也將影響OEM對DRAM產品和供貨商的評估。專用內存制造商，與采用頂尖制程并專注于PC和服務器市場的大型DRAM制造商，兩者的方法形成鮮明對比。

 

DRAM的專業供貨商能為可采用傳統DRAM技術運作的應用提供多元的產品，而非供應最先進的產品。例如，華邦供應的產品包括DDR、DDR2和DDR3標準版本的SDRAM，還有用于功率敏感設計的低功耗LPDDR、LPDDR2、LPDDR3、LPDDR4和LPDDR4x行動內存（Mobile DRAM）。

 

主流DRAM制造商的制程也針對內存容量和晶粒成本進行了優化。選擇不采用尖端技術的制造商可以自由改進傳統制程，更全面地滿足工業、汽車、醫療和消費市場的需求。華邦在臺灣的行動內存晶圓廠實施的制程，能最大程度降低裝置的功耗，從而幫助華邦的標準版DRAM產品提供比競爭對手的標準產品更好的電源性能。

 

家居監控系統的OEM也需要依賴其所選組件的可靠性，其中專用內存供貨商的作業配置也是為了滿足市場需求。華邦的LPDRAM可以提供高可靠性保證。

 

最后，雖然主流的高容量DRAM功能接口與PC和服務器所使用的x86微處理器架構兼容，但專用DRAM能進行調整，以更簡易的方式與其他類型的處理器（尤其是Arm架構裝置）整合。為了簡化家居監控系統制造商的系統整合，華邦與ISP芯片組制造商合作，為智能監控攝像頭的參考設計板提供支持。

 

支持快速開發更高級的監控系統

 

隨著人工智能和機器學習技術的發展，為了支持ISP，市場對更大信號處理量和更高速內存的需求將持續增長。專用DRAM的發展規劃應包含引進新標準技術（例如LPDDR4/4x），以提供更大的帶寬。華邦的DRAM和Flash內存產品以國際質量認證及高質量制造流程為后盾，讓OEM廠商有信心在家居與安防監控系統中建構更具智能的新功能。