Reaching the Edge of the Edge: Image Analysis in Space

要約

衛星は、コンポーネントのサイズとコストの削減により、より広く利用できるようになりました。
その結果、さまざまなデータ集約型アプリケーションを実行する衛星を配備できる小規模な組織が出現しました。
よく使用されるアプリケーションの 1 つは、地球観察のために陸地、氷、雲などを検出するための画像分析です。
ただし、衛星に配備されるデバイスはリソースに制約があるため、このリソースを大量に消費するアプリケーションにはさらなる課題が生じます。
この文書では、衛星用の画像処理ユニット (IPU) の構築に関する私たちの取り組みと学んだ教訓を紹介します。
まず、衛星上のディープラーニング ベースの画像処理のためのさまざまなエッジ デバイスのパフォーマンスを調査します (CPU、GPU、TPU、および VPU を比較)。
私たちの目標は、衛星の電力と遅延の制約を満たしながら、正確な結果を達成でき、ワークロードの変化に柔軟に対応できるデバイスを特定することです。
私たちの結果は、ASIC や GPU などのハードウェア アクセラレータがレイテンシ要件を満たすために不可欠であることを示しています。
ただし、GPU を搭載した最先端のエッジ デバイスは、衛星に展開するには電力を消費しすぎる可能性があります。
次に、性能分析から得られた結果を使用して、今後の衛星ミッション用の IPU モジュールの開発をガイドします。
このようなモジュールを既存の衛星アーキテクチャに統合する方法と、このモジュールを利用してさまざまなミッションをサポートするために必要なソフトウェアについて詳しく説明します。

要約(オリジナル)

Satellites have become more widely available due to the reduction in size and cost of their components. As a result, there has been an advent of smaller organizations having the ability to deploy satellites with a variety of data-intensive applications to run on them. One popular application is image analysis to detect, for example, land, ice, clouds, etc. for Earth observation. However, the resource-constrained nature of the devices deployed in satellites creates additional challenges for this resource-intensive application. In this paper, we present our work and lessons-learned on building an Image Processing Unit (IPU) for a satellite. We first investigate the performance of a variety of edge devices (comparing CPU, GPU, TPU, and VPU) for deep-learning-based image processing on satellites. Our goal is to identify devices that can achieve accurate results and are flexible when workload changes while satisfying the power and latency constraints of satellites. Our results demonstrate that hardware accelerators such as ASICs and GPUs are essential for meeting the latency requirements. However, state-of-the-art edge devices with GPUs may draw too much power for deployment on a satellite. Then, we use the findings gained from the performance analysis to guide the development of the IPU module for an upcoming satellite mission. We detail how to integrate such a module into an existing satellite architecture and the software necessary to support various missions utilizing this module.

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