Klepsydra Technologies致力于實現衛星搭載的高效人工智能推理功能——例如支持基于圖像的實時地理定位。

Klepsydra與Enclustra合作，將人工智能框架與緊湊型FPGA硬件平臺相結合，為衛星打造出兼具成本效益與高性能的人工智能計算平臺。以實時圖像定位這類高要求任務為例，該系統在嚴格的航天系統限制條件下，成功實現了人工智能模型的機載運行，具備高吞吐量、極低CPU負載及穩定內存利用率等特性。

面臨的挑戰

太空環境意味著零妥協運行：電力供應有限、通信窗口受限、環境條件極端。客戶需要一套能在衛星上確定、可靠地執行高計算強度AI推理的系統，且不致過載CPU或耗盡電力儲備。

該應用需運行KamNet1 AI模型，通過處理實時圖像確定衛星在地球上的位置——這要求系統具備高處理吞吐量和可預測的行為特性。

解決方案

Enclustra使用水星Mercury+ XU1核心板系統級模塊（SoM）與Klepsydra AI相匹配，該模塊基于AMD的Zynq UltraScale+ MPSoC構建。系統直接在板載運行KamNet（一種經過地理定位訓練的卷積神經網絡）。推理管道的關鍵環節通過基于FPGA的數據處理單元（DPU）在可編程邏輯中執行，從而降低CPU負載并實現并行處理。

水星Mercury+ XU1核心板

Klepsydra AI的設計重點在于確定性行為、低內存波動性和實時性能。結合Mercury+ XU1的FPGA加速與I/O靈活性，最終打造出緊湊而強大的AI系統，完美適配軌道環境部署需求。

水星Mercury+ XU1亮點

緊湊型高性能硬件

Mercury+ XU1尺寸僅為74×54mm，在節省空間的設計中實現了卓越的計算密度。

強勁計算架構

基于AMD Zynq UltraScale+ MPSoC構建，融合可編程邏輯與四核ARM Cortex-A53、雙核ARM Cortex-R5及Mali-400 GPU。

FPGA加速AI運算

將高負載AI推理任務卸載至FPGA架構，實現并行執行、高吞吐量及極低CPU占用率。

高速內存與I/O

支持最高4 GB DDR4 SDRAM內存，提供千兆以太網、USB 3.0、PCIe Gen2及DisplayPort等豐富接口。

長期可靠性

采用工業級強固設計，確保產品擁有長生命周期，適用于航空航天、國防及遠程邊緣部署場景。

靈活的操作系統兼容性

可無縫適配多種嵌入式操作系統，簡化跨行業系統集成。

Mercury+ XU1上視圖

Mercury+ XU1底視圖

應用領域

除上述衛星定位應用外，搭載了Enclustra Mercury+ XU1系統級模塊的Klepsydra人工智能技術在以下行業具有廣泛應用前景：

航空航天：在衛星或無人機載平臺上直接實現船舶、車輛等目標的探測與分類。支持自主導航機動、故障檢測、帶寬分配優化、信號干擾預測規避等多項功能。

國防領域：賦能現代作戰系統，實現自主車輛操作、目標識別、集群作戰、威脅探測、邊界安防及網絡安全防護等能力。

工業自動化：復雜機械的預測性維護，工廠車間過程數據的分析與響應，故障流程檢測與自動修正，聯網系統的網絡安全威脅防護。

物聯網：通過傳感器端直接數據分析降低帶寬消耗并提升可靠性，僅傳輸有效信息同時過濾噪聲，實現低功耗遠程系統監控并延長電池壽命。

醫療健康：依托設備端安全數據處理實現合規的個人健康設備，同時支持實時監測患者病情惡化趨勢。

Mercury+ XU1結構框圖

成果與展望

該概念驗證證明：利用商用FPGA模塊可在軌道環境中獨立實現實時AI地理定位。

Klepsydra AI與Enclustra 水星Mercury+ XU1核心板的協作開辟了新領域：即使在極端環境下，也能在邊緣實現可靠、確定性的AI推理。

隨著人工智能驅動的自主系統成為航空航天、國防及工業領域的基石，Mercury+ XU1提供了可擴展且面向未來的堅實基礎，將尖端智能推向數據生成源頭——無論是在陸地、海洋還是太空軌道。