泛AI時(shí)代，中低端FPGA成為邊緣重要部署組件

電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/吳子鵬）當(dāng)前，行業(yè)對(duì)于AI（人工智能）芯片的關(guān)注都集中在GPU或?qū)Ｓ肁I加速器芯片（如NPU和TPU）上。不過(guò)，AI實(shí)際上并不局限于大算力的高性能運(yùn)算，部署到終端的AI同樣有巨大的市場(chǎng)空間，因而有相當(dāng)多的組件可以運(yùn)行AI負(fù)載，包括在嵌入式領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的FPGA。

在2024年萊迪思（Lattice）客戶(hù)技術(shù)交流大會(huì)上，萊迪思半導(dǎo)體首席戰(zhàn)略與營(yíng)銷(xiāo)官Esam Elashmawi表示，萊迪思是全球FPGA出貨量最大的公司，很早就布局AI市場(chǎng)。2021年萊迪思專(zhuān)門(mén)收購(gòu)了一家AI軟件公司Mirametrix。2023年，萊迪思在AI方面的收入已經(jīng)超過(guò)了1億美金。

萊迪思半導(dǎo)體首席戰(zhàn)略與營(yíng)銷(xiāo)官Esam Elashmawi

FPGA之于AI

對(duì)于了解FPGA靈活性和可編程性的人來(lái)說(shuō)，基于FPGA實(shí)現(xiàn)AI是一件順理成章的事情。FPGA器件一個(gè)重要的特點(diǎn)就是可編程特性，也就是靈活性，那么開(kāi)發(fā)人員可以借助FPGA創(chuàng)建多個(gè)并行計(jì)算流水線，并分配存儲(chǔ)塊，從而優(yōu)化數(shù)據(jù)傳輸。

FPGA的靈活性讓其能夠適配大量的AI算法，無(wú)論是計(jì)算還是控制，都可以根據(jù)算法需要提供相關(guān)的功能。以神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為例，其基本原理是通過(guò)多個(gè)神經(jīng)元之間的連接進(jìn)行信息傳遞和處理，從而實(shí)現(xiàn)算法的計(jì)算和輸出。而神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)也可以轉(zhuǎn)化為FPGA可編程電路的形式，并可以根據(jù)算法需要調(diào)整硬件配置。

話雖如此，不過(guò)由于FPGA具有一定的設(shè)計(jì)門(mén)檻，所以還是需要FPGA廠商提供一些幫助。Esam Elashmawi指出，萊迪思目前擁有有史以來(lái)最強(qiáng)大的產(chǎn)品組合，會(huì)繼續(xù)投資并推出新一代的較小型FPGA和中端FPGA，也將繼續(xù)在軟件工具和解決方案上投入更多資源。

在萊迪思官網(wǎng)可以看到，該公司所提供的強(qiáng)大產(chǎn)品組合包括功能全面的萊迪思sensAI。萊迪思sensAI提供評(píng)估、開(kāi)發(fā)和部署基于FPGA的機(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能解決方案所需的一切——模塊化硬件平臺(tái)、演示示例、參考設(shè)計(jì)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)IP核、軟件開(kāi)發(fā)工具和定制設(shè)計(jì)服務(wù)。

在演示示例中，通過(guò)將內(nèi)置攝像頭與在萊迪思行業(yè)領(lǐng)先的低功耗FPGA上運(yùn)行的機(jī)器學(xué)習(xí)模型相結(jié)合，萊迪思sensAI智能視覺(jué)傳感技術(shù)可以追蹤用戶(hù)在使用設(shè)備時(shí)的注意力，讓PC更加智能，更好地感知周?chē)h(huán)境。還有一個(gè)示例是，通過(guò)在屏幕上彈出警示或自動(dòng)打開(kāi)屏幕隱私設(shè)置，萊迪思sensAI視覺(jué)傳感技術(shù)可以防止黑客偷窺，保護(hù)PC用戶(hù)安全。

因此，通過(guò)萊迪思sensAI工具加上該公司豐富的FPGA產(chǎn)品，能夠快速構(gòu)建終端類(lèi)型的AI應(yīng)用，有助于幫助開(kāi)發(fā)人員搶占市場(chǎng)先機(jī)。

萊迪思Avant FPGA平臺(tái)

萊迪思亞太區(qū)應(yīng)用工程高級(jí)總監(jiān)Frank Xie在演講中談到，萊迪思在性能、功率和連接性方面做得更好。而客戶(hù)正在尋找的是實(shí)時(shí)響應(yīng)的產(chǎn)品，因?yàn)檫吘壣系腁I設(shè)備非常接近數(shù)據(jù)收集。萊迪思幫助客戶(hù)持續(xù)優(yōu)化響應(yīng)時(shí)間和功耗，讓他們實(shí)現(xiàn)更好的AI功能。

那么，這個(gè)更好方案基于怎樣的平臺(tái)呢？答案是萊迪思Avant FPGA平臺(tái)。

2022年底，萊迪思發(fā)布低功耗中端Avant FPGA平臺(tái)，是該公司進(jìn)入中端FPGA市場(chǎng)的標(biāo)志性事件，和Nexus FPGA平臺(tái)一起組成萊迪思“史上最強(qiáng)產(chǎn)品組合”。

Esam Elashmawi指出，和Nexus FPGA平臺(tái)相比，Avant FPGA平臺(tái)容量提升5倍，達(dá)到500K邏輯單元，帶寬提升10倍，計(jì)算性能提升30倍。根據(jù)介紹信息，Avant基于16nm FinFET平臺(tái)，提供強(qiáng)大的25 Gb/s SERDES、硬核PCI Express和外部存儲(chǔ)器PHY接口，以及適用于最新AI/ML和計(jì)算機(jī)視覺(jué)算法的大量DSP。

和競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的FPGA產(chǎn)品相比，萊迪思Avant是功耗更低、帶寬更高、體積更小的方案。其中，Avant-E FPGA旨在解決客戶(hù)在網(wǎng)絡(luò)邊緣面臨的一些關(guān)鍵挑戰(zhàn)，擁有低功耗、小尺寸和高性能，以及針對(duì)數(shù)據(jù)處理和AI等網(wǎng)絡(luò)邊緣應(yīng)用量身定制的優(yōu)化功能集。

Avant-G是針對(duì)中端應(yīng)用的通用型FPGA，旨在通過(guò)提供無(wú)縫、靈活的接口橋接和優(yōu)化的計(jì)算來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)可擴(kuò)展性，滿(mǎn)足更廣泛的客戶(hù)需求。萊迪思Avant-G器件提供領(lǐng)先的信號(hào)處理、AI和靈活的I/O——支持一系列系統(tǒng)接口，同時(shí)提供2400 Mbps的專(zhuān)用LPDDR4存儲(chǔ)器接口。

Avant-X高級(jí)互連FPGA旨在實(shí)現(xiàn)高帶寬和安全性，其功能集可根據(jù)客戶(hù)對(duì)信號(hào)聚合和高吞吐量的需求量身定制。萊迪思Avant-X器件提供最高1 T/s的總系統(tǒng)帶寬、帶硬核DMA的PCIe Gen 4控制器，以及用于加密動(dòng)態(tài)用戶(hù)數(shù)據(jù)的安全引擎，提供量子安全加密功能。

有了更出色的FPGA平臺(tái)加上全面的工具支持，開(kāi)發(fā)人員可以非常便利地基于萊迪思FPGA實(shí)現(xiàn)自己的AI創(chuàng)新。當(dāng)然，面向通信、自動(dòng)化、機(jī)器學(xué)習(xí)、計(jì)算（包括服務(wù)器和存儲(chǔ)）、汽車(chē)（激光雷達(dá)、娛樂(lè)系統(tǒng)、控制單元）和消費(fèi)電子等領(lǐng)域也是同樣的道理。

萊迪思亞太區(qū)應(yīng)用工程高級(jí)總監(jiān)Frank Xie稱(chēng)，未來(lái)萊迪思將持續(xù)加碼AI創(chuàng)新。他在談到未來(lái)規(guī)劃時(shí)說(shuō)：“萊迪思也在開(kāi)發(fā)未來(lái)的AI應(yīng)用，這是與硬件、軟件一起出現(xiàn)的。目前我們看到的工業(yè)發(fā)展趨勢(shì)是傳感器到云的連接。傳感器有不同種類(lèi)的接口，意味著我們需要滿(mǎn)足不同的接口要求。由于我們的服務(wù)是多協(xié)議支持，可以調(diào)整我們的服務(wù)協(xié)議，為客戶(hù)提供各種不同的工業(yè)連接標(biāo)準(zhǔn)。”

寫(xiě)在最后

在2024年萊迪思客戶(hù)技術(shù)交流大會(huì)上，萊迪思展示了其強(qiáng)大的FPGA合作生態(tài)系統(tǒng)，包括豐富的FPGA產(chǎn)品，以及全面的軟件、開(kāi)發(fā)套件資源。同時(shí)，該公司龐大的用戶(hù)群基礎(chǔ)也為萊迪思后續(xù)產(chǎn)品創(chuàng)新帶來(lái)了源源不斷的創(chuàng)新靈感和創(chuàng)新需求。

Esam Elashmawi表示，萊迪思在低功耗FPGA領(lǐng)域深耕超過(guò)40年，自2018年以來(lái)合作伙伴生態(tài)系統(tǒng)擴(kuò)展了5倍，更多的公司為萊迪思構(gòu)建軟件知識(shí)產(chǎn)權(quán)（IP），也有越來(lái)越多的其他半導(dǎo)體公司參與到萊迪思生態(tài)系統(tǒng)。目前，萊迪思為全球10000+ 客戶(hù)提供服務(wù)。

面向未來(lái)，我們今天重點(diǎn)談?wù)摰腁I當(dāng)然是萊迪思的重點(diǎn)發(fā)展方向之一。同時(shí)，萊迪思也透露了該公司后續(xù)產(chǎn)品迭代的方向，包括低功耗、先進(jìn)且靈活的連接性以及針對(duì)新興應(yīng)用優(yōu)化的計(jì)算能力。此外，安全性是始終貫穿其中的，在量子計(jì)算等新技術(shù)層出不窮的情況下，安全防護(hù)會(huì)愈發(fā)重要。