為什么我要升級到Versal ACAP？

在我與客戶交流時，常被問到這個問題。也許措辭并非完全如此，但大致是下面這樣：“為什么我要升級到 VersalACAP？現(xiàn)在是時候這樣做了嗎？” 這是一個很好的問題，而且答案也很簡單，那就是——“具體情況具體分析”。 好吧，也許這樣的答案根本不簡單！公正地說，有諸多因素需要考慮，包括設(shè)計要求/資源、設(shè)計能在多大程度上利用 Versal ACAP 中數(shù)量龐大的硬 IP、庫和軟 IP 可用性、芯片可用性、生產(chǎn)時限等。 因此，具體答案確實會隨著相關(guān)因素的變化而發(fā)生改變。我們將在今后的博文中探討這些主題，但今天，我想把重點放在“為什么升級到 Versal”這個問題上并提供具體的客戶示例。

認識到所有硬 IP 的價值

在探討為什么要升級到 Versal ACAP 時，必須首先認識到所有硬 IP 的價值，包括存儲控制器、PCIe、多速率以太網(wǎng)和片上可編程網(wǎng)絡(luò)（ NoC ）等常用基礎(chǔ)設(shè)施的價值，它可以減少對靈活應(yīng)變的引擎或可編程邏輯的路由需求。

一些 Versal 系列還包含 AI引擎（一種非常適合高級信號處理和 ML 算法的新型矢量處理器）、高帶寬存儲器、直接 RF 和高速密鑰。賽靈思將這些 IP 全部硬化的主要原因之一在于，賽靈思在多年前就意識到摩爾定律即將走向終點，僅靠縮小晶體管難以為客戶在每個新的工藝節(jié)點上提供他們所期待的性能提升和功耗下降。

下圖所示的是 Versal AI Core 系列器件中硬 IP 的價值?？梢钥闯?，與我們大獲成功的 16nm UltraScale+產(chǎn)品相比，它擁有 LUT 占用大幅降低、功耗顯著下降等多項優(yōu)勢。在 Versal AI Core VC1902 器件中，有望省下多達 360 萬個 LUT。 當然，大多數(shù)設(shè)計并不能用到所有硬 IP ，但如果將一個類似設(shè)計移植到 Versal ACAP，就會看到 LUT 占用和功耗的實質(zhì)性降低，而且還可以提供布局布線速度加快、日設(shè)計迭代次數(shù)增加等附加優(yōu)勢。

Versal AI Core 系列中集成外殼程序和硬 IP 的價值 借助 AI 引擎實現(xiàn)高級信號處理 今天我還想重點講解一下 AI 引擎。AI 引擎由數(shù)十個到數(shù)百個（在最大型的 AI Core 系列器件 VC1902 中多達 400 個）專為線性代數(shù)和矩陣數(shù)學(xué)等數(shù)學(xué)功能優(yōu)化的小型 VLIW SIMD 矢量處理器陣列構(gòu)成。當人們聽到“AI 引擎”一詞時，往往會自然而然地想到人工智能。 然而，這些功能只是眾多高級信號處理算法（如波束成型和大規(guī)模 MIMO ）和機器學(xué)習(xí)推斷算法（如用于圖像分類的卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ CNN ））的基本構(gòu)建塊。有鑒于這一原因，無論是信號處理還是推斷，AI 引擎都能分別提供復(fù)數(shù)數(shù)據(jù)和實數(shù)數(shù)據(jù)支持。

AI 引擎的關(guān)鍵目標應(yīng)用之一是 5G 無線系統(tǒng)信號處理。針對一個支持 200MHz 瞬時帶寬 2 的 64 天線系統(tǒng)的波束成型技術(shù)，AI 引擎可為其提供 5 倍的計算密度并降低 50% 的功耗。這也引起了領(lǐng)先的 5G 測試測量設(shè)備提供商 Keysight 的關(guān)注。

此外，他們也十分注重開發(fā)生產(chǎn)力。誠然，他們擁有負責(zé)靈活應(yīng)變的引擎硬件編程的專家，但是相比硬件布局布線需要耗費數(shù)個小時， AI 引擎的編譯用時僅需要幾分鐘，這樣一來，他們的 5G 無線算法的設(shè)計與開發(fā)生產(chǎn)力就會顯著提高，每星期便能多完成幾次設(shè)計迭代。

然而，從他們的實現(xiàn)方案原理圖可以看出（參見下圖），Versal ACAP 的系統(tǒng)級價值可謂是決定性的，因為他們能將 AI 引擎的功耗及生產(chǎn)力與靈活應(yīng)變的引擎的靈活性相結(jié)合，創(chuàng)建出令人嘆服的 EVM 演示。

點擊查看大圖 EVM 測量 Tx/Rx 性能及其 IQ 級聯(lián)分析 這僅僅是客戶采用 Versal ACAP 架構(gòu)（特別是 AI 引擎）從而獲得重大效益的示例之一。還有眾多其他客戶在 VC1902 上為 AI 引擎編程，用于 5G、數(shù)據(jù)中心推斷、邊緣推斷原型設(shè)計、雷達、線纜接入等眾多應(yīng)用。