是否采用 Versal？為什么升級(jí)到 Versal？

作者：Manuel Uhm ,賽靈思芯片市場(chǎng)營銷總監(jiān)

在我與客戶交流時(shí)，常被問到這個(gè)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(jí)到 Versal?ACAP？現(xiàn)在是時(shí)候這樣做了嗎？”

這是一個(gè)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(jì)要求/資源、設(shè)計(jì)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(shí)限等。

因此，具體答案確實(shí)會(huì)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(diǎn)放在“為什么升級(jí)到 Versal”這個(gè)問題上并提供具體的客戶示例。

認(rèn)識(shí)到所有硬 IP 的價(jià)值

在探討為什么要升級(jí)到 Versal ACAP 時(shí)，必須首先認(rèn)識(shí)到所有硬 IP 的價(jià)值，包括存儲(chǔ)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(jià)值，它可以減少對(duì)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(jí)信號(hào)處理和 ML 算法的新型矢量處理器）、高帶寬存儲(chǔ)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(shí)到摩爾定律即將走向終點(diǎn)，僅靠縮小晶體管難以為客戶在每個(gè)新的工藝節(jié)點(diǎn)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(jià)值。可以看出，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(xiàng)優(yōu)勢(shì)。在 Versal AI Core VC1902 器件中，有望省下多達(dá) 360 萬個(gè) LUT。

當(dāng)然，大多數(shù)設(shè)計(jì)并不能用到所有硬 IP ，但如果將一個(gè)類似設(shè)計(jì)移植到 Versal ACAP，就會(huì)看到 LUT 占用和功耗的實(shí)質(zhì)性降低，而且還可以提供布局布線速度加快、日設(shè)計(jì)迭代次數(shù)增加等附加優(yōu)勢(shì)。

Versal AI Core 系列中集成外殼程序和硬 IP 的價(jià)值

借助 AI 引擎實(shí)現(xiàn)高級(jí)信號(hào)處理

今天我還想重點(diǎn)講解一下 AI 引擎。AI 引擎由數(shù)十個(gè)到數(shù)百個(gè)（在最大型的 AI Core 系列器件 VC1902 中多達(dá) 400 個(gè)）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(dāng)人們聽到“AI 引擎”一詞時(shí)，往往會(huì)自然而然地想到人工智能。

然而，這些功能只是眾多高級(jí)信號(hào)處理算法（如波束成型和大規(guī)模 MIMO ）和機(jī)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(hào)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(shí)數(shù)數(shù)據(jù)支持。

AI 引擎的關(guān)鍵目標(biāo)應(yīng)用之一是 5G 無線系統(tǒng)信號(hào)處理。針對(duì)一個(gè)支持 200MHz 瞬時(shí)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(jì)算密度并降低 50% 的功耗。這也引起了領(lǐng)先的 5G 測(cè)試測(cè)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(fù)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(fèi)數(shù)個(gè)小時(shí)， AI 引擎的編譯用時(shí)僅需要幾分鐘，這樣一來，他們的 5G 無線算法的設(shè)計(jì)與開發(fā)生產(chǎn)力就會(huì)顯著提高，每星期便能多完成幾次設(shè)計(jì)迭代。

然而，從他們的實(shí)現(xiàn)方案原理圖可以看出（參見下圖），Versal ACAP 的系統(tǒng)級(jí)價(jià)值可謂是決定性的，因?yàn)樗麄兡軐?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。

EVM 測(cè)量 Tx/Rx 性能及其 IQ 級(jí)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(jì)、雷達(dá)、線纜接入等眾多應(yīng)用。

如果您有興趣進(jìn)一步了解 Versal AI Core 系列（點(diǎn)擊此處了解）中的 AI 引擎，請(qǐng)閱讀本白皮書（點(diǎn)擊此處閱讀）并觀看 Keysight 視頻（點(diǎn)擊此處查看），直接聆聽他們講述更多有關(guān) AI 引擎的價(jià)值。

編輯：hfy