Hot Chips 2024 | AMD Versal AI Edge 系列 Gen 2革新视觉和汽车应用

逍遥设计自动化

引言
为了帮助读者了解最新的可适应性系统芯片（SoC）技术，本文探讨 AMD Versal AI Edge 系列 Gen 2[1]。这一创新平台专为满足现代视觉和汽车应用的挑战而设计，有望彻底改变 AI 驱动的嵌入式系统领域。

6 a# e6 d) R, |8 Q理解挑战
6 m9 c1 z) o: y* Q4 c! ]+ o: v! _随着我们向更先进的 AI 驱动嵌入式系统迈进，几个主要挑战浮现出来：

有限的供电能力

安全性、可靠性问题

严格的尺寸要求

恶劣的环境条件

实时响应需求

长生命周期
2 e" l' t7 _+ M) B* B: t0 {/ O& G[/ol]
Versal AI Edge 系列 Gen 2 通过提供卓越的集成解决方案来应对这些挑战，有效降低了系统功耗、面积和复杂度。
- _( G% p' ~" H; c

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+ I* P5 d2 I, r3 `% a图 1：单芯片系统（使用 Versal AI Edge 系列 Gen 2）与多芯片 AI 驱动嵌入式系统的对比。该图展示了 Versal AI Edge 系列 Gen 2 卓越的集成能力，展示了将多个组件整合到单个芯片中的优势。
  ^! [; s6 @' g
AMD Versal AI Edge 系列 Gen 2 的主要特性
$ m! L3 O( j, a' p1. 新一代 AI 引擎
7 n8 @+ B& m. y: @4 V6 l该平台配备了新一代 AI 引擎，提供高效的 AI 推理能力，比前代产品提高了 3 倍的每瓦性能（TOPs/Watt）。
, h; W6 F; E+ E$ O* A5 }
2. 高性能集成 CPU
. D* v" y" K) P( T9 L+ A& _集成的 CPU 在后处理任务方面表现出色，标量计算能力提升了 10 倍。
, e1 @- m, u- x+ o5 S* r9 g$ G
% G: o8 d0 g1 F( ^3. 增强的安全性
7 T8 {, u* h' D3 V, S支持 ASIL D 和 SIL 3 标准，确保了汽车应用所需的强大安全特性。

$ [1 G/ V- {+ H/ O$ U/ |- A4. 世界级可编程逻辑
该平台包含灵活的实时预处理能力，非常适合传感器融合和数据调理任务。

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图 2：AMD Versal AI Edge 系列 Gen 2 架构概览。该图展示了平台的各个组件，包括 AI 引擎、CPU、GPU、内存接口和可编程逻辑。

* y$ T7 ]/ G$ R) _7 E' v# pAI 引擎架构改进
Versal AI Edge 系列 Gen 2 中的 AI 引擎架构有显著增强：
; t2 v2 ^8 r/ T" L* n2 c
8 H& o/ g* u/ {/ D9 C6 }1. 增加了各种数据类型的计算能力（INT8、BFLOAT16、FP8、FP16、MX6、MX9）
: b/ X' J3 e! b/ @4 u( v! x2. AIE 阵列互连带宽翻倍（64b）
  [& {4 A9 ]: t; ~- \2 H3. 每列配备硬化的 Microblaze 作为 AIE 控制器
4. 引入新的数据类型：MX6 和 MX9

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4 v- Q* z1 u0 ~0 V# Z5 J" |" B$ m" M- [4 X图 3：AMD Versal AI Edge 系列与 AMD Versal AI Edge 系列 Gen 2 的 AI 引擎架构特性对比。该表突出显示了计算能力、内存和新数据类型的改进。

! S+ K7 U$ X) F% w处理系统概述
Versal AI Edge 系列 Gen 2 的处理系统包括：
: v) |- }4 w* a, q+ n
1. 应用处理单元（APU）
) `1 X7 s( @* Z3 d

最多 8 个 Arm Cortex-A78AE 核心

每核心最高频率 2.2 GHz

APU 可达 200.3k DMIPs

2. 实时处理单元（RPU）
/ ]4 v& V7 W+ c  H/ u

最多 10 个 Arm Cortex-R52 核心

每核心最高频率 1.05 GHz

RPU 可达 28.5k DMIPs
! `* U* Q* Y1 m& I4 _
0 E& l; j1 o7 C7 T/ r# m9 h9 v, T3. 图形处理单元（GPU）

Arm Mali G78AE GPU

最高频率 1.05 GHz

可达 268 GFlops
- L0 |, D* R2 }
! B2 b8 y- Z7 o+ ~2 K: ]6 c

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# |/ S6 C. {& z$ {0 d1 b, \  b/ i图 4：Versal AI Edge 系列 Gen 2 处理系统概览。该图说明了处理系统的组件，包括 APU、RPU、GPU 和各种接口。
0 m/ i2 U. }" s1 h* h5 D1 l
9 \! R) Z) A  L, ?$ I/ E7 S嵌入式系统安全性
" Y1 n4 W) }$ h2 U0 M6 i安全性是 Versal AI Edge 系列 Gen 2 的关键方面，主要特性包括：

平台管理控制器（PMC）：管理设备级安全服务

应用安全单元（ASU）：提供运行时 HSM 安全性

内存控制器内联加密（ILC）：在 DDR5 / LPDDR5X 内存控制器中内置内联加密
/ X, D+ H0 H/ p8 l$ Y: c[/ol]

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图 5：Versal AI Edge 系列 Gen 2 的嵌入式系统安全概览。该图显示了系统内各种安全组件及其相互作用。

功能安全
- N/ g9 w: B2 `5 v. Y& YVersal AI Edge 系列 Gen 2 在设计时考虑了功能安全，支持：
1 M- h5 i3 y. ]. p9 W0 [

ISO 13849（机器安全）

IEC 61508（功能安全）

ISO 26262（汽车安全）

( d4 Y: {. b5 ?该平台为各种组件提供不同级别的系统性和随机故障完整性，确保汽车应用的强大安全特性。

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. ?. O: j  M* C& R& a3 N图 6：Versal AI Edge 系列 Gen 2 的功能安全概览。该图说明了系统各组件的不同安全完整性等级。

AI 和视觉处理流程
3 Y) c7 K& x; W+ g2 LVersal AI Edge 系列 Gen 2 在处理复杂的 AI 和视觉处理流程方面表现出色，这些流程通常包括：

预处理

AI 推理

后处理
[/ol]
该平台的架构允许高效执行这些阶段，实现汽车应用中的实时感知和决策。

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" f9 ^+ `/ o$ C3 X图 7：AI 和视觉处理流程概览。该图显示了数据通过预处理、AI 推理和后处理阶段的流动，突出了该过程的循环性质。
  e+ C$ @7 w1 a# [; G) I; j
适应性和可扩展性
& y- j2 ~! j) Z, ]Versal AI Edge 系列 Gen 2 的一个主要优势是其适应性和可扩展性，使其适用于从 2 级到 5 级自动驾驶系统的广泛汽车应用。
7 {' e! w  D# \

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. x  F' M) E. b/ j+ M图 8：AMD Versal AI Edge 系列 Gen 2 在视觉和汽车应用方面的适应性和可扩展性。该图说明了该平台如何为不同级别的自动驾驶进行定制和扩展。

结论
AMD Versal AI Edge 系列 Gen 2 代表了视觉和汽车应用可适应性 SoC 技术的重大进步。其强大的 AI 引擎、高性能 CPU、增强的安全特性和可扩展架构使其成为开发下一代 AI 驱动嵌入式系统的理想平台。随着汽车行业向更先进的自动驾驶能力不断发展，Versal AI Edge 系列 Gen 2 将在推动这些创新方面发挥关键作用。
$ m4 M+ [3 ~+ E8 V
/ I4 z* |2 f' x) R2 X/ h8 \# P参考文献
[1] T. Knopp, J. Chu, and S. Ahmad, "AMD Versal AI Edge Series Gen 2 for Vision and Automotive," in Hot Chips 2024, Aug. 2024.

- END -

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