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Concevoir des systèmes embarqués optimisés en encombrement, consommation et coût

La plateforme de conception de systèmes embarqués répond au besoin de développer des solutions numériques frugales, contraintes en encombrement, consommation et performance. Tirant profit de moyens de calcul embarqués de plus en plus hétérogènes, ces solutions se caractérisent par un haut niveau de fiabilité et de sécurité.La plateforme s’appuie sur un ensemble de moyens matériels et logiciels permettant d’explorer, optimiser et mettre en œuvre les caractéristiques fortement contraignantes des systèmes embarqués.

Overview

Une expertise unique en intégration matériel-logiciel

La plateforme de conception de systèmes embarqués s’appuie sur l’expertise unique en conception matérielle et logicielle des équipes du CEA-List pour développer des solutions numériques contraintes en encombrement, consommation et performance. Ces solutions se caractérisent aussi par le fait qu’elles cherchent à tirer profit de moyens de calcul embarqués de plus en plus hétérogènes. Selon les domaines d’application, elles peuvent, par ailleurs, devoir respecter des propriétés de fiabilité et/ou de sécurité.

La plateforme s’adresse particulièrement aux domaines de la mobilité, de l’énergie, de la santé, de la défense et de l’Internet des objets en milieu industriel. Elle apporte des réponses concrètes lorsqu’il faut embarquer le calcul au plus près des capteurs produisant les données (edge computing). Dans ce contexte, elle aide notamment à la mise en œuvre efficace de fonctionnalités utilisant l’intelligence artificielle.

La plateforme s’appuie sur un haut niveau d’expertise et des moyens dédiés au développement de solutions embarquées qui mixent des fonctionnalités critiques et non critiques, sûres et hautement sécurisées. Elle dispose de capacités avancées pour le prototypage de systèmes multicapteurs, la conception d’IA embarquées et l’extraction d’informations issues de différents capteurs (image visible, infra-rouge, LIDAR, Radar…). Elle répond aux besoins de conception et d’intégration de systèmes complets ou de sous-ensembles de systèmes existants.

Enfin, grâce à des outils de simulation de haut niveau développés au sein du CEA-List, elle permet l’exploration, l’évaluation et la validation complète de systèmes en reproduisant leur environnement final. Cette capacité à connecter la conception avec l’ensemble des exigences de la future application permet au CEA-List de collaborer avec plus de cinquante industriels – grands comptes (ArcelorMittal, Renault, Safran, STMicroelectronics, Valeo, etc.), startups et PME.

12 brevets/an

viennent enrichir un portefeuille de 100 brevets

2 M€

d’investissement

100

collaborateurs

Exploration et conception de systèmes embarqués

La plateforme dispose d’outils permettant de répondre aux besoins les plus exigeants de ses partenaires :

  • Validation et exploration de systèmes avec SESAM : cet environnement intégré de conception de systèmes permet l’exploration rapide de l’espace de conception, la simulation et la validation de systèmes complexes ; il fournit une grande variété de modèles de processeurs et de périphériques tout en étant capable de modéliser une hiérarchie de mémoire complexe et d’en estimer les performances.
  • Analyse formelle des propriétés de sûreté de systèmes critiques et autonomes (véhicule autonome, drone, robot mobile, IoT, etc.).
  • Conception d’application d’IA embarquées, avec N2D2 : cet outil permet d’explorer et générer des réseaux de neurones profonds optimisés et d’évaluer automatiquement la meilleure cible d’exécution matérielle à travers des fonctions de benchmarking.

Développement de systèmes de perception cognitive

La plateforme met à disposition des briques technologiques – matérielles, logicielles et algorithmiques – dédiées au développement de systèmes embarqués de perception de l’environnement.

Elles permettent d’explorer et de mettre en œuvre des systèmes multimodaux caractérisés par leur haute fiabilité, leur grande efficacité et leur frugalité en termes de consommation énergétique, de ressources de calcul et d’espace mémoire.

Trois technologies complémentaires sont au cœur des développements :

  • ThermalFusion, une solution algorithmique, logicielle et matérielle, pour la perception de l’environnement en situation de mobilité combinant de façon efficace les modalités de vision dans les spectres visibles et infra-rouge ;
  • SigmaFusion, une solution algorithmique logicielle frugale pour la fusion bayésienne multicapteur LIDAR, Radar et imageurs pour les grilles d’occupation 2D et 3D à combiner avec des solutions à base de réseaux de neurones ;
  • LEN-Safety, une solution logicielle frugale, qui permet à un dispositif mobile autonome de naviguer de manière sûre, sans nécessité de connaître, a priori, une cartographie précise de son environnement.

Orchestration intelligente et sécurisée de systèmes sous contraintes temporelles

La plateforme propose des modèles de calcul et de communication et leur mise en œuvre logicielle sous formes de moniteurs intégrés, afin de garantir, par construction, la sûreté de fonctionnement et la cybersécurité de systèmes complexes sous contraintes temporelles. Cela, tout en assurant une continuité entre le calcul proche capteur (edge computing) et le calcul déporté (cloud computing). Ces solutions peuvent être déployées sur tout système nécessitant une garantie de service distribuée.

Une solution de perception de l’environnement optimisée pour l’embarqué

Ce robot-voiture miniature est équipé d'un Lidar et d’une caméra. Il embarque l’environnement de fusion de données capteurs SigmaFusion pour générer des nuages de points 3D à partir des données reçues et percevoir son environnement. Fiable et frugale en termes de ressources de calcul et de consommation énergétique, la solution SigmaFusion satisfait les exigences de systèmes embarqués fortement contraints.

Banc de test d’une carte électronique

Ce banc de test évalue la reconnaissance de mouvements par ultrason avec la carte électronique du circuit Esperanto, qui intègre des réseaux de neurones impulsionnels.

Les solutions avancées de détection d’obstacles, comme celles que l’on trouve dans les véhicules autonomes, sont encombrants, lourds et gourmands en énergie et en ressources de calcul. L'équipe INSPEX s’attaque à la miniaturisation de cette technologie et à son adaptation pour une utilisation individuelle et personnelle encore plus exigeante en termes de détection d'obstacles en toutes conditions.

Suzanne Lesecq

Coordinatrice du projet Inspex — CEA-Leti
Success story

Inspex : un concentré d’innovations au service du handicap visuel

Fixé sur une canne blanche, le boîtier Inspex aide les personnes déficientes visuelles à se déplacer : son système de perception de l’environnement intégré leur permet de localiser les obstacles à proximité pour éviter de les heurter avec le corps ou même la canne.

Employant des technologies identiques à celles que l’on trouve dans les véhicules autonomes, le système de perception a nécessité un important travail de miniaturisation et d’optimisation pour l’adapter aux contraintes de poids, de consommation et d’encombrement du dispositif.

Inspex a été développé dans le cadre du programme H2020, avec neuf partenaires européens dont la startup GoSense. Il a reçu le prix Étoiles de l’Europe.

Voir l’interview de la cheffe de projet lors de la Cérémonie des étoiles de l’Europe 2020 ???????? – YouTube.

À regarder : Parole d'experts, avec Fabien Clermidy, l'Intelligence artificielle embarquée

Contact

  • Magaly GOUTTEBROZE

    CEA de Saclay / Nano-INNOV
    Bâtiment 862
    Point Courrier 172
    91191 GIF SUR YVETTE Cédex

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