02 — 算力线 · robot-ai-chip

目标:把 50B 模型
装进 30 W。

一颗 12 nm 的自研推理 SoC(代号 U),配一块 200 × 150 mm 的双计算区主计算板。 先上 Jetson Orin NX + Hailo-8 把系统跑起来,再换成自研硅——芯片还在纸上,主板已经出了 Gerber。

  • 60 TOPS INT8
  • 32 GB LPDDR5X
  • 300 GB/s 带宽
  • ≤ 45 W 计算预算
60TOPSINT8 密集算力(余量)
32GBLPDDR5X 内存
300GB/s384-bit 带宽
≤45W整机计算功耗

三个计算域

关节伺服 1 kHz 不能和推理同芯片,这是安全约束。

上身 AI 推理域、上身交互域、下身硬实时控制岛,三者物理隔离。 AI 故障时,实时岛仍能维持站立或抱死。

IH-01 系统架构 上身包含感知传感器、AI 推理域 SoC、交互域与常开感知 MCU;经腰部快拆连接下身可替换的硬实时控制岛。 上身 · 永久人形(腰部以上) 相机 ×4–6 MIPI CSI-2 IMU ×2 躯干 · 头部 力矩 / 触觉 关节 · 指尖 麦克风阵列 ×4 I2S AI 推理域 SoC 60 TOPS INT8 · ≤ 25 W 50B 模型 · 本地推理 交互域 CPU / GPU · 显示 · 语音 10–15 W 常开感知 MCU 唤醒词 · 安全监控 低功耗常开 腰部快拆 · 系统命门 机械快拆 + 电气连接器 | 2.5GbE / CAN FD | 48 V 大电流 | 急停硬线 下身 · 可替换(轮式 / 腿式) 硬实时控制岛 MCU / FPGA · 1 kHz 关节驱动 ×20+ EtherCAT / CAN FD 电机 + 编码器 + 关节力矩传感 1 kHz 状态回传
上身与下身之间只走腰部快拆的标准化通道;急停硬线不经任何软件。

AI 推理域

U 芯片 + 32 GB LPDDR5X,跑 50B 模型的低比特稀疏推理;和交互域通过 PCIe 连接。

交互域

CPU / GPU 做显示、语音、感知后处理与调度,10–15 W,可降频。

硬实时控制岛

MCU / FPGA 跑 1 kHz 控制环与 EtherCAT,和 AI 域没有共享时钟、没有共享电源域。

U 芯片

算力是保险,带宽是吃饭。

50B 模型每帧都要把权重读一遍。真正决定帧率的是内存带宽,不是 TOPS—— 性能模型显示算力利用率只有 1.16%。

指标值
INT8 密集算力60 TOPS
INT8 稀疏(2:4)有效120 TOPS
INT4 有效240 TOPS
内存32 GB LPDDR5X
带宽384-bit · 300 GB/s
片上缓存16 MB SRAM
主机接口PCIe Gen4 ×4
工艺 / 面积12 nm · ≈ 35 mm²
功耗≤ 25 W
50B 权重形式每帧读取300 GB/s 下帧率
INT8 密集50 GB≈ 6 Hz
INT4 密集25 GB≈ 12 Hz
INT4 + 2:4 稀疏18.75 GB13.9 Hz

主计算板

200 × 150 mm,双计算区,先兼容过渡件。

板子上给自研 U 预留了 B 区;在芯片回来之前,A 区上 Jetson Orin NX 先跑通用计算, B 区插 Hailo-8 做 AI 加速。这样系统、散热、结构可以先验证一轮。

主计算板双计算区布局:A 区通用计算、B 区 AI 加速、2.5GbE 与电源区
KiCad 导出 · 双计算区布局 v0.2(俯视,单位 mm)。
项目值
尺寸 / 叠层200 × 150 mm · 6 层 · 1.6 mm
A 区Jetson Orin NX 16GB(CPU+GPU,25 W)
B 区Hailo-8 M.2(26 TOPS / 2.5 W)→ 将来换 U
网络2.5GbE ×2(腰部 / 对外)
实时总线CAN FD ×2(隔离)
相机MIPI FPC ×4 · GMSL2 ×2
供电12 V · 峰值 80 W

已产出:架构级原理图(18 模块、网络表已定)、PCB 板框 + Gerber(6 层全出)、3D 渲染验证。 还没做:上电、信号完整性、热实测。

  • 01

    实时岛与 AI 域物理隔离,推理卡顿不得影响 1 kHz 控制

  • 02

    急停走硬线,不经过任何软件路径

  • 03

    腰部快拆是单点故障源,按 2.5GbE + 工业连接器设计

功耗、成本与时间

45 W 的预算,几乎没有余量。

部分功耗备注
U 芯片≤ 30 W内存 12 + 计算 15 + 其他 3
通用计算10–15 W可降频
传感器 / 网络5 W—
余量0–5 W偏紧
计算合计≤ 45 W整机 255–455 W
项目成本
主计算板(小批,单板)≈ ¥6,000
FPGA 原型¥10–30 万
12 nm MPW 流片¥350–700 万
全掩膜量产¥2,000 万+
封装(FCBGA)¥50–100 / 颗

时间线

主板打样 1–2 月 · RTL 3–6 月 · FPGA 3–6 月(能效 < 5 TOPS/W 即停)· 12 nm 首片 6–9 月 · 量产 +12–18 月(需融资)。

风险

七条风险:一条致命,三条高。

致命 / 高

12 nm 产能拿不到:中芯 + 台积电 16 nm 双路径,提前锁定。

能效达不到 15 TOPS/W:FPGA 阶段设停止判据(< 5 TOPS/W 即停)。

软件栈 / 编译器:不自研编译器,用 LLVM + OpenCL。

中 / 高

50B 带宽不够:已算过,需 INT4 + 2:4,否则要上 HBM / 7 nm。

稀疏化精度掉太多:QAT + 增长架构天然稀疏。

45 W 预算无余量:采集子系统独立电源域。

资金链:分阶段里程碑融资,流片是最贵的一步。

算力线的专题文档暂不对外发布;这里只保留可公开复述的规格与结论。