Hot Chips 2024 | AMD Versal AI Edge 系列 Gen 2革新視覺(jué)和汽車應(yīng)用

逍遙設(shè)計(jì)自動(dòng)化

引言
為了幫助讀者了解最新的可適應(yīng)性系統(tǒng)芯片（SoC）技術(shù)，本文探討 AMD Versal AI Edge 系列 Gen 2[1]。這一創(chuàng)新平臺(tái)專為滿足現(xiàn)代視覺(jué)和汽車應(yīng)用的挑戰(zhàn)而設(shè)計(jì)，有望徹底改變 AI 驅(qū)動(dòng)的嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域。

) l1 ^: p/ Y7 o+ ~+ a理解挑戰(zhàn)
* E& H) ]7 g7 Y) ?隨著我們向更先進(jìn)的 AI 驅(qū)動(dòng)嵌入式系統(tǒng)邁進(jìn)，幾個(gè)主要挑戰(zhàn)浮現(xiàn)出來(lái)：

有限的供電能力

安全性、可靠性問(wèn)題

嚴(yán)格的尺寸要求

惡劣的環(huán)境條件

實(shí)時(shí)響應(yīng)需求

長(zhǎng)生命周期
6 \3 s) E9 W4 I/ u0 s" I; N[/ol]
" U$ }6 T8 l2 L5 [* m1 CVersal AI Edge 系列 Gen 2 通過(guò)提供卓越的集成解決方案來(lái)應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)，有效降低了系統(tǒng)功耗、面積和復(fù)雜度。
7 \2 o) n! c  H( y  B% H, w& m& |

圖 1：?jiǎn)涡酒�系統(tǒng)（使用 Versal AI Edge 系列 Gen 2）與多芯片 AI 驅(qū)動(dòng)嵌入式系統(tǒng)的對(duì)比。該圖展示了 Versal AI Edge 系列 Gen 2 卓越的集成能力，展示了將多個(gè)組件整合到單個(gè)芯片中的優(yōu)勢(shì)。

% E2 R9 K  u9 D! G' J1 A' e1 IAMD Versal AI Edge 系列 Gen 2 的主要特性
/ D* I' W. ^+ A% a# g9 t! |1. 新一代 AI 引擎
該平臺(tái)配備了新一代 AI 引擎，提供高效的 AI 推理能力，比前代產(chǎn)品提高了 3 倍的每瓦性能（TOPs/Watt）。

+ h8 ]7 h2 [  K" Z# N/ N2. 高性能集成 CPU
8 R1 \" E8 n0 d+ m集成的 CPU 在后處理任務(wù)方面表現(xiàn)出色，標(biāo)量計(jì)算能力提升了 10 倍。

3. 增強(qiáng)的安全性
支持 ASIL D 和 SIL 3 標(biāo)準(zhǔn)，確保了汽車應(yīng)用所需的強(qiáng)大安全特性。

4. 世界級(jí)可編程邏輯
該平臺(tái)包含靈活的實(shí)時(shí)預(yù)處理能力，非常適合傳感器融合和數(shù)據(jù)調(diào)理任務(wù)。

6 C4 ~, B% h; a8 H7 H" \" H
, \' e+ C: X  S; i8 l圖 2：AMD Versal AI Edge 系列 Gen 2 架構(gòu)概覽。該圖展示了平臺(tái)的各個(gè)組件，包括 AI 引擎、CPU、GPU、內(nèi)存接口和可編程邏輯。
5 I4 z( N' Q5 Z* s7 W6 ]
AI 引擎架構(gòu)改進(jìn)
Versal AI Edge 系列 Gen 2 中的 AI 引擎架構(gòu)有顯著增強(qiáng)：
: {' `. B4 r' l/ ^; X  x( L
4 p. G/ V7 {- I$ S$ o1. 增加了各種數(shù)據(jù)類型的計(jì)算能力（INT8、BFLOAT16、FP8、FP16、MX6、MX9）
2. AIE 陣列互連帶寬翻倍（64b）
3. 每列配備硬化的 Microblaze 作為 AIE 控制器
4. 引入新的數(shù)據(jù)類型：MX6 和 MX9
2 L  `9 ~3 J/ ?/ ~3 R3 S
4 X. j2 c" Z+ u9 @2 u+ j
7 ?& [" r" m; C7 r3 y+ s圖 3：AMD Versal AI Edge 系列與 AMD Versal AI Edge 系列 Gen 2 的 AI 引擎架構(gòu)特性對(duì)比。該表突出顯示了計(jì)算能力、內(nèi)存和新數(shù)據(jù)類型的改進(jìn)。
+ G( z* b9 S+ g# a+ [' M" j- e
/ v! y7 q5 S7 m# ~, j6 F& v2 P處理系統(tǒng)概述
" e1 o/ z0 g; g! W) qVersal AI Edge 系列 Gen 2 的處理系統(tǒng)包括：
: ?. P9 E, w5 }- o( Z9 _
1. 應(yīng)用處理單元（APU）
1 d9 z7 k1 i7 O% W' _

最多 8 個(gè) Arm Cortex-A78AE 核心

每核心最高頻率 2.2 GHz

APU 可達(dá) 200.3k DMIPs
- a# ]/ P$ F9 M$ C; }+ U2 k  Z
' l7 ~: f' T# b' w2. 實(shí)時(shí)處理單元（RPU）
8 W  j5 z; q5 Z8 V$ m* m/ l

最多 10 個(gè) Arm Cortex-R52 核心

每核心最高頻率 1.05 GHz

RPU 可達(dá) 28.5k DMIPs
. `0 R: K% }7 x" ?( ~; ?1 H& I
3. 圖形處理單元（GPU）
' N7 @% Z* Q  m& e1 Z) ]

Arm Mali G78AE GPU

最高頻率 1.05 GHz

可達(dá) 268 GFlops


6 t! O) @# _1 U$ n2 m$ H  u5 y
( l+ D5 N; d9 Q圖 4：Versal AI Edge 系列 Gen 2 處理系統(tǒng)概覽。該圖說(shuō)明了處理系統(tǒng)的組件，包括 APU、RPU、GPU 和各種接口。
- |% W+ ?. H9 w% `* K
' G8 e+ ~- d8 N* R$ \0 p嵌入式系統(tǒng)安全性
安全性是 Versal AI Edge 系列 Gen 2 的關(guān)鍵方面，主要特性包括：

平臺(tái)管理控制器（PMC）：管理設(shè)備級(jí)安全服務(wù)

應(yīng)用安全單元（ASU）：提供運(yùn)行時(shí) HSM 安全性

內(nèi)存控制器內(nèi)聯(lián)加密（ILC）：在 DDR5 / LPDDR5X 內(nèi)存控制器中內(nèi)置內(nèi)聯(lián)加密
2 m$ f# ~4 x* D# `2 \0 v[/ol]


! N3 q+ i$ c1 B: M圖 5：Versal AI Edge 系列 Gen 2 的嵌入式系統(tǒng)安全概覽。該圖顯示了系統(tǒng)內(nèi)各種安全組件及其相互作用。

功能安全
' B* g& D. e- v$ h: _Versal AI Edge 系列 Gen 2 在設(shè)計(jì)時(shí)考慮了功能安全，支持：

ISO 13849（機(jī)器安全）

IEC 61508（功能安全）

ISO 26262（汽車安全）

7 z/ C8 O/ B& c3 B- V. y該平臺(tái)為各種組件提供不同級(jí)別的系統(tǒng)性和隨機(jī)故障完整性，確保汽車應(yīng)用的強(qiáng)大安全特性。


& O0 x2 H  F. |( x" ~1 O0 \% X* b圖 6：Versal AI Edge 系列 Gen 2 的功能安全概覽。該圖說(shuō)明了系統(tǒng)各組件的不同安全完整性等級(jí)。
& [, r; Z9 K" s
7 L7 r  ?. y* o1 `AI 和視覺(jué)處理流程
Versal AI Edge 系列 Gen 2 在處理復(fù)雜的 AI 和視覺(jué)處理流程方面表現(xiàn)出色，這些流程通常包括：

預(yù)處理

AI 推理

后處理
0 ]& L# a/ l8 ~% x8 {0 N  T[/ol]
3 |3 }9 a% ~- a  E# x  B8 R! E; _該平臺(tái)的架構(gòu)允許高效執(zhí)行這些階段，實(shí)現(xiàn)汽車應(yīng)用中的實(shí)時(shí)感知和決策。
( C# U  e/ \9 U8 |
! |: \/ e+ r8 J8 t  q/ _. L: u- k9 i
圖 7：AI 和視覺(jué)處理流程概覽。該圖顯示了數(shù)據(jù)通過(guò)預(yù)處理、AI 推理和后處理階段的流動(dòng)，突出了該過(guò)程的循環(huán)性質(zhì)。

2 A2 b: b& [* l, N% {5 b0 U適應(yīng)性和可擴(kuò)展性
Versal AI Edge 系列 Gen 2 的一個(gè)主要優(yōu)勢(shì)是其適應(yīng)性和可擴(kuò)展性，使其適用于從 2 級(jí)到 5 級(jí)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的廣泛汽車應(yīng)用。
4 Y, f/ e  i) g$ i& T+ ?: A* F/ R

$ R- l7 {3 M! Q  t9 W, i1 f9 A4 ~圖 8：AMD Versal AI Edge 系列 Gen 2 在視覺(jué)和汽車應(yīng)用方面的適應(yīng)性和可擴(kuò)展性。該圖說(shuō)明了該平臺(tái)如何為不同級(jí)別的自動(dòng)駕駛進(jìn)行定制和擴(kuò)展。

7 |/ k  b. @- k: y: O6 G/ N' Y, m結(jié)論
AMD Versal AI Edge 系列 Gen 2 代表了視覺(jué)和汽車應(yīng)用可適應(yīng)性 SoC 技術(shù)的重大進(jìn)步。其強(qiáng)大的 AI 引擎、高性能 CPU、增強(qiáng)的安全特性和可擴(kuò)展架構(gòu)使其成為開(kāi)發(fā)下一代 AI 驅(qū)動(dòng)嵌入式系統(tǒng)的理想平臺(tái)。隨著汽車行業(yè)向更先進(jìn)的自動(dòng)駕駛能力不斷發(fā)展，Versal AI Edge 系列 Gen 2 將在推動(dòng)這些創(chuàng)新方面發(fā)揮關(guān)鍵作用。
) V) M) W& n* K: _
參考文獻(xiàn)
[1] T. Knopp, J. Chu, and S. Ahmad, "AMD Versal AI Edge Series Gen 2 for Vision and Automotive," in Hot Chips 2024, Aug. 2024.

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深圳逍遙科技有限公司（Latitude Design Automation Inc.）是一家專注于半導(dǎo)體芯片設(shè)計(jì)自動(dòng)化（EDA）的高科技軟件公司。我們自主開(kāi)發(fā)特色工藝芯片設(shè)計(jì)和仿真軟件，提供成熟的設(shè)計(jì)解決方案如PIC Studio、MEMS Studio和Meta Studio，分別針對(duì)光電芯片、微機(jī)電系統(tǒng)、超透鏡的設(shè)計(jì)與仿真。我們提供特色工藝的半導(dǎo)體芯片集成電路版圖、IP和PDK工程服務(wù)，廣泛服務(wù)于光通訊、光計(jì)算、光量子通信和微納光子器件領(lǐng)域的頭部客戶。逍遙科技與國(guó)內(nèi)外晶圓代工廠及硅光/MEMS中試線合作，推動(dòng)特色工藝半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展，致力于為客戶提供前沿技術(shù)與服務(wù)。

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