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
5 [+ h! K. t  m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。

理解挑戰(zhàn)
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
8 o2 \% s' c0 w$ i% n[/ol]
& Y4 |. z: I* j# }Versal 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。
- k$ `$ ^1 H" l# ^0 x- [2 z5 Z
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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)。

AMD Versal AI Edge 系列 Gen 2 的主要特性
1. 新一代 AI 引擎
- f- V) Y* q- b& n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）。
! z2 E" Q1 h: P+ P5 A
: w/ T9 D! u; s. H$ \! Q8 v2. 高性能集成 CPU
/ f& ?" l% q. p  Q* Y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。
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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
! m' z+ B7 h& R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)。


9 L* S* F8 H0 X& `! d3 x, [$ e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。

: p9 ~! \5 I, ZAI 引擎架構(gòu)改進(jìn)
" H( i9 V4 |. J/ F+ _3 DVersal AI Edge 系列 Gen 2 中的 AI 引擎架構(gòu)有顯著增強(qiáng)：

+ _- @0 D$ [0 c. ?0 n1. 增加了各種數(shù)據(jù)類型的計(jì)算能力（INT8、BFLOAT16、FP8、FP16、MX6、MX9）
2 J7 T+ ~. z( F3 A3 Y1 \& U5 T! a2. 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
$ X- a. j0 n+ ]+ Z/ J

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)。
4 Y- D( q* z# `' J
1 u" B: K, G5 h/ x% I/ T+ a& Z/ g# r處理系統(tǒng)概述
3 p% y* M9 ]$ K/ cVersal AI Edge 系列 Gen 2 的處理系統(tǒng)包括：

2 V- j& `* ?5 Z7 V+ _7 A- [1. 應(yīng)用處理單元（APU）
% `" }( s9 y" y( Q& V5 ~

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
0 D# n- W* D) G# E
2. 實(shí)時(shí)處理單元（RPU）

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

3. 圖形處理單元（GPU）

Arm Mali G78AE GPU

最高頻率 1.05 GHz

可達(dá) 268 GFlops

8 r9 Y5 h( i8 y! ~9 d% p

6 m% z5 v! [1 z& 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。

* k) c2 d7 T! E' _' k: X$ Y  w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
[/ol]
" j& l3 p1 |2 x
6 I  Q( \6 ~4 y2 n/ L" ]: e/ G
% N3 W6 g! C7 R' d4 M+ i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。
4 E. y+ u& J- p. D, u% |
" r- C) C7 m" a功能安全
" V. {6 X2 e" ?" `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）

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。


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)。
; \3 e) h% E7 [; }
: Y/ E! N' r/ z, o  p* v  z3 V# aAI 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
[/ol]
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。

+ m& x! K8 a/ K: U3 R3 E5 {8 |
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)。
: i* I$ J4 y. {7 y) P9 q. ^' [. a
' D* ~# `+ O8 o8 L適應(yīng)性和可擴(kuò)展性
; O" f4 H' @( M# F6 I8 fVersal 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。


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。
9 ]8 ^* w, z# X* V( l5 s
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。
7 F$ w' K- G4 ?$ J2 E) H
4 N+ V4 x$ j7 m% O; p* W參考文獻(xiàn)
; {" z" w* {$ G[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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