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

逍遙設(shè)計(jì)自動(dòng)化

引言
) E# I: R$ V% ]) E1 V; W9 ~7 I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：

有限的供電能力

安全性、可靠性問題

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

長生命周期
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Versal AI Edge 系列 Gen 2 通過提供卓越的集成解決方案來應(yīng)對這些挑戰(zhàn)，有效降低了系統(tǒng)功耗、面積和復(fù)雜度。
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圖 1：單芯片系統(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。

AMD Versal AI Edge 系列 Gen 2 的主要特性
3 M6 j- s1 X2 R7 M; r1. 新一代 AI 引擎
; G4 k5 v/ A# E0 C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）。

2. 高性能集成 CPU
+ x. g3 z' U* ^) Z" p. _7 U  E" e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。
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4. 世界級可編程邏輯
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)。
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3 `4 N. ~, x1 {. ^- X7 B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。
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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)：

1. 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

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' o/ _- G* X- k1 V. ~; o$ z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)。

處理系統(tǒng)概述
Versal AI Edge 系列 Gen 2 的處理系統(tǒng)包括：

( ^0 A+ i/ m9 G0 f1. 應(yīng)用處理單元（APU）

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

4 w0 m( i: X' \) e/ O( u# h2. 實(shí)時(shí)處理單元（RPU）
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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

" a/ V9 Z/ S) F3 `: Q2 F3. 圖形處理單元（GPU）

Arm Mali G78AE GPU

最高頻率 1.05 GHz

可達(dá) 268 GFlops
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圖 4：Versal AI Edge 系列 Gen 2 處理系統(tǒng)概覽。該圖說明了處理系統(tǒng)的組件，包括 APU、RPU、GPU 和各種接口。

7 S  P# ^% T# w. B, F$ z0 e嵌入式系統(tǒng)安全性
3 N7 ]' z4 ~8 C3 e* }7 w2 c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
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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。
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功能安全
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。
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圖 6：Versal AI Edge 系列 Gen 2 的功能安全概覽。該圖說明了系統(tǒng)各組件的不同安全完整性等級。
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9 r2 Y0 F9 J; `AI 和視覺處理流程
Versal AI Edge 系列 Gen 2 在處理復(fù)雜的 AI 和視覺處理流程方面表現(xiàn)出色，這些流程通常包括：

預(yù)處理

AI 推理

后處理
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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。

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圖 7：AI 和視覺處理流程概覽。該圖顯示了數(shù)據(jù)通過預(yù)處理、AI 推理和后處理階段的流動(dòng)，突出了該過程的循環(huán)性質(zhì)。
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+ f. x. X: ^, m) H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)勢是其適應(yīng)性和可擴(kuò)展性，使其適用于從 2 級到 5 級自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的廣泛汽車應(yīng)用。

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圖 8：AMD Versal AI Edge 系列 Gen 2 在視覺和汽車應(yīng)用方面的適應(yīng)性和可擴(kuò)展性。該圖說明了該平臺(tái)如何為不同級別的自動(dòng)駕駛進(jìn)行定制和擴(kuò)展。
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" m; H% m6 e7 @9 ]結(jié)論
" f7 u* ?; g8 k1 l: V& S" i3 aAMD Versal AI Edge 系列 Gen 2 代表了視覺和汽車應(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。
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5 }1 |6 T5 S6 D/ c+ K! h* a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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3 s4 W9 I4 |6 G) E- ^6 j軟件申請我們歡迎化合物/硅基光電子芯片的研究人員和工程師申請?bào)w驗(yàn)免費(fèi)版PIC Studio軟件。無論是研究還是商業(yè)應(yīng)用，PIC Studio都可提升您的工作效能。
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: M% r4 b3 y3 o9 k; `+ w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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