白皮书 :Versal AI Edge:在边缘端提供 ACAP

靠近模拟-数字边界边缘节点的位置对真实环境的即时响应受高度重视,众多市场领域存在迫切需求。

Versal™ ACAP 产品组合 AI Edge 系列则应运而生,作为一种领域专用架构 (DSA),有效满足 7nm 芯片工艺系统提出的严苛要求。

Versal AI Edge 系列

AI Edge 系列架构的开发目的是为了符合一系列严苛的设计目标,这些目标主要围绕计算性能、数据吞吐量、时延、确定性、功耗/热约束、可扩展能力、功能安全和信息保密。汽车、航空航天、工业和医疗物联网行业的相关应用尤为注重是否能够满足上述目标。

AI Edge 系列将 Versal ACAP 的应用面,从核心网和数据中心一跃扩大到边缘。依托异构计算的效率价值,AI Edge 系列主要优势是:

• 无高速缓存存储器层级(低时延和确定性)

• 硬化但可编程的基础架构(高吞吐量、低功耗)

• 功能安全性和保密性(提供可信解决方案)

• 灵活性、可编程性(能在开发过程中,甚至在部署后实现解决方案差异化或升级)

1. 设计理念

提高计算性能

AI Edge 系列由标量引擎、自适应引擎和智能引擎构成,因此适合的处理器能指向合适的任务。低功耗域使用两个 Arm® Cortex®-R5F 处理器提供实时处理。在同时需要较高处理性能和存储器管理单元 (MMU) 功能时,可以使用全功耗域。

改善数据吞吐量、时延和确定性

边缘的实时系统在处理来自多个传感器的海量数据,通常需要低时延和确定性。考虑到实时系统,例如汽车的行驶速度,时延是特别重要的处理性能因素。AI Edge 系列为实现实时性能提供了多项功能,包括快速启动、可编程 NoC、硬化存储器控制器和 I/O。

降低功耗和加强热管理

边缘设备和终端可能需要依靠电池供电运行,或满足严格的热度范围。全面利用 AI Edge 系列中的硬化 IP,例如可编程 NoC、存储器控制器和接口 MAC,是降低功耗的关键。此外,赛灵思面向用户提供比其他处理器厂商更为丰富的芯片选项,帮助用户在低功耗与性能之间进行权衡取舍。

提供可扩展能力

除了针对低功耗的一系列优化,AI Edge 系列也提供一系列尺寸小、重量轻、功耗省的器件,以通用的编程模型和平台强化代码可移植性,不仅在 AI Edge 系列内,也可以跨 Versal 产品组合。

加强功能安全

实现功能安全需要解决大量难题。如果器件在构建之初未将功能安全考虑在内,不但难以满足解决方案需求,而且还会带来高昂的成本(从性能损失角度)。AI Edge 系列是以合理性能水平解决功能安全问题的理想选择。

加强信息安全

AI Edge ACAP 为物理安全标准和网络安全标准(如 IEC 62443)提供了一套可靠的信息安全特性,包括硬件可信根、攻击保护与运行时安全等。

2. 系列用例

汽车用例

赛灵思 FPGA 和 SoC 车用系列器件一直致力于提供无与伦比的可扩展能力和单位功耗性能,以便客户为自己的 ADAS 与自动驾驶平台“量身定制”处理能力和成本;AI Edge 系列延续这一传统。

前视摄像头 Versal AI Edge 架构

工业、视觉、医疗和科研用例

Versal AI Edge ACAP 提供通用的嵌入式软硬件平台,可重复使用、可扩展,能大幅加快上市进程、缩小外形尺寸、降低总体拥有成本,同时最大化这些产品的智能与灵活应变能力,从而为机器人实现一种模块化方法。

使用 Versal AI Edge 架构的视觉引导协作机器人

航空航天用例

AI Edge 系列以小尺寸、轻重量、低功耗 (SWaP) 器件延续这一传承,专为要求在最严苛环境下实现实时高性能的应用进行优化。

多任务态势感知无人机有效载荷的 Versal AI Edge 架构

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