AMD Versal SoC全新升級邊緣AI性能，單芯片方案驅(qū)動嵌入式系統(tǒng)

電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/黃晶晶）邊緣AI應(yīng)用需要更多的高性能計(jì)算和算力的支持，AMD的Versal和Zynq系列產(chǎn)品一直支持醫(yī)療、交通、智能零售、智能工廠、智能城市等領(lǐng)域的邊緣AI落地。最近，AMD宣布擴(kuò)展 AMD Versal? 自適應(yīng)片上系統(tǒng)（ SoC）產(chǎn)品組合，推出全新第二代 VersalAI Edge系列和第二代 VersalPrime系列自適應(yīng) SoC，其將預(yù)處理、AI 推理與后處理集成于單器件中，能夠?yàn)?AI 驅(qū)動型嵌入式系統(tǒng)提供端到端加速。

AI驅(qū)動型嵌入式系統(tǒng)的三個階段

在嵌入式系統(tǒng)中，預(yù)處理、AI推理、后處理是AI驅(qū)動型嵌入式系統(tǒng)的三個重要階段。

在預(yù)處理器部分，主要是各類傳感器包括毫米波雷達(dá)、激光雷達(dá)、攝像頭等進(jìn)行處理與融合、數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)等等。可編程邏輯能夠非常靈活，實(shí)時地支持各類傳感器接口，保證低延時、穩(wěn)定運(yùn)算，并且在現(xiàn)場部署之后還能夠升級。



在推理過程當(dāng)中一般使用矢量處理器，市場上已有很多類型。在后處理階段，通常使用高性能的嵌入式CPU。

另外，也可以通過第一代Versal AI Edge系列產(chǎn)品當(dāng)中的可編程邏輯來做預(yù)處理，用矢量處理或者人工智能引擎來做推理。但是在后處理過程需要加上外部的處理器。無論如何，此前還沒有哪一類處理器能夠針對這三個階段進(jìn)行優(yōu)化。

AMD自適應(yīng)與嵌入式計(jì)算事業(yè)部( AECG) Versal產(chǎn)品營銷總監(jiān)Manuel Uhm分析，采用多顆芯片會給整個嵌入式系統(tǒng)帶來諸多限制。例如更高的功率、供電復(fù)雜性、更高的占板面積和終端系統(tǒng)尺寸，以及更高的內(nèi)存要求，芯片間通信帶來的時延，更多安全漏洞和故障點(diǎn)，還有板卡設(shè)計(jì)的工作量等。

此次，AMD嵌入式系統(tǒng)的單芯片智能性方案推出兩個系列的產(chǎn)品，第二代Versal AI Edge系列，面向AI驅(qū)動型嵌入式系統(tǒng)；以及第二代Versal Prime系列，面向經(jīng)典嵌入式系統(tǒng)。較上一代產(chǎn)品，采用下一代AI引擎帶來高達(dá)3倍的每瓦TOPS，采用全新高性能集成CPU帶來高達(dá)10標(biāo)的標(biāo)量計(jì)算。通過AMD可編程邏輯實(shí)現(xiàn)世界領(lǐng)先的自適應(yīng)計(jì)算。

第二代Versal自適應(yīng)SoC——單芯片智能性

第二代Versal自適應(yīng)SoC單芯片就能實(shí)現(xiàn)三個階段的加速。具體來看，預(yù)處理階段，AMD可編程邏輯進(jìn)行傳感器融合和數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)。此外還加入新的硬圖像和視頻處理，無需可編程邏輯進(jìn)行處理。

下一代AI引擎AIE-ML v2可以實(shí)現(xiàn)高達(dá)3倍的每瓦TOPS，實(shí)現(xiàn)高效AI推理?；贏MD的VitisAI開發(fā)環(huán)境進(jìn)行快速部署，開發(fā)者可以使用他們原本非常熟悉的開源工具，比如說PyTorch、TensorFlow等等在Vitis中進(jìn)行優(yōu)化、推理。

有了AI引擎的加持，可以支持更多的數(shù)據(jù)類型，支持不同的精度和吞吐量，比如支持共享指數(shù)數(shù)據(jù)類型，可以在提高吞吐量的情況下不減損它的精準(zhǔn)度。

AMD自適應(yīng)與嵌入式計(jì)算事業(yè)部 Versal AI Edge系列高級產(chǎn)品線經(jīng)理Steph Gauthie分析，二代Versal AI Edge系列器件中的DenseTOPS，以數(shù)據(jù)類型MX6來看，算力最高達(dá)到370TFLOPS。如果采用稀疏度計(jì)算，性能可以翻番，同時它還可以達(dá)到370TFLOPS。以INT8來看最高端可以做到184TOPS。另外，采用AIE-MLv2，還能夠做一些數(shù)據(jù)信號的處理，比如說FIR、FFT等等。

CPU性能大幅提升，實(shí)現(xiàn)高達(dá)10倍的標(biāo)量計(jì)算。集成2-8個CortexA78AE內(nèi)核，每核心最高頻率高達(dá)2.2GHz，以及高達(dá)200.3K的DMIPS算力。10個ArmCortex-R52實(shí)時處理器。每核心最高頻率高達(dá)1.05GHz，高達(dá)28.5K的DMIPS算力。



考慮到邊緣計(jì)算對于信息安全和功能安全的要求，還能夠支持ASIL D、SIL 3等級規(guī)格，可應(yīng)用于自動駕駛和工業(yè)領(lǐng)域。

Steph Gauthie舉例，在高級自動駕駛輔助系統(tǒng)L2和L3中，作為單芯片域控制器與前一代AIEdge相比在相近的功率資源下圖像處理能力增加4倍。



此外，智慧城市的攝像頭系統(tǒng)中，與前一代AIEdge相比每路視頻流占板面板縮小65%。應(yīng)用于專業(yè)的音視頻和廣播的視頻流，與Zyng MPSoC相比，能夠提供2倍的視頻處理能力，每路視頻流占板面積縮小35%。

總之，第二代Versal系列產(chǎn)品面向AI驅(qū)動型及經(jīng)典嵌入式系統(tǒng)的中央計(jì)算。

已應(yīng)用于汽車視覺系統(tǒng)等

在基于攝像頭的3D感知視覺案例中，我們可以看到數(shù)據(jù)預(yù)處理完成后被傳輸?shù)紸I引擎，利用3D模型比如BEVFormer俯瞰視覺模型進(jìn)行處理，再到應(yīng)用處理單元進(jìn)行行為模式的規(guī)劃或?qū)崟r傳感。

目前第二代VersalAI Edge系列產(chǎn)品已經(jīng)應(yīng)用于汽車廠商斯巴魯?shù)腅yeSight視覺系統(tǒng)，可以支持碰撞前制動、車道偏離預(yù)警、自適應(yīng)巡航控制和車道保持輔助。

第二代VersalAI Edge系列產(chǎn)品能夠支持先進(jìn)的數(shù)據(jù)類型、確保處理的低時延、高吞吐量以及高精度，還支持ISO26262功能安全等。利用可編程邏輯的靈活性，斯巴魯?shù)南乱淮鶨yeSight系統(tǒng)可以實(shí)時修改攝像頭的傳感器參數(shù)，從而助力斯巴魯強(qiáng)化車輛的安全性，并力爭實(shí)現(xiàn)2030年沒有致命道路事故的安全目標(biāo)。



據(jù)悉，客戶現(xiàn)在就可以采用第一代評估板和設(shè)計(jì)工具展開設(shè)計(jì)。第二代VersalAI Edge系列和第二代Versal Prime系列產(chǎn)品的芯片樣片將于2025年上半年發(fā)布，評估套件和系統(tǒng)模塊將于2025年年中推出，量產(chǎn)芯片將于2025年末面世。

小結(jié)：

以汽車領(lǐng)域來看，汽車電子電氣架構(gòu)的演進(jìn)突顯了中央計(jì)算平臺的重要性。當(dāng)前業(yè)內(nèi)不少企業(yè)也推出了車載中央計(jì)算芯片，不過相比之下，AMD第二代Versal AI Edge系列產(chǎn)品，是一顆芯片覆蓋了預(yù)處理、AI推理以及后處理這三個階段，AMD也是全球少數(shù)幾家擁有預(yù)處理可編程邏輯能力的公司，從而能夠把可編程邏輯的優(yōu)勢去融合到一個芯片當(dāng)中。

Manuel Uhm表示，AMD第二代Versal自適應(yīng)SoC平臺的設(shè)計(jì)考慮到未來五年的需求恐將飛速變化，具有較好的靈活性和伸縮性，提供廣泛的性能和算力支持，如此才能應(yīng)對不斷變化的市場應(yīng)用。