Kas ir AMD Versal SoC un kā darbojas to dažādās sērijas?

PCHardwarePro » Windows » Kas ir AMD Versal SoC un kā darbojas to dažādās sērijas?

Ja strādājat iegultās aparatūras, mākslīgā intelekta vai signālu apstrādes pasaulē, jūs noteikti esat dzirdējuši par AMD Versal adaptīvā SoCTās nav tikai FPGA vai vienkārši procesori: tās ir pilnīgi heterogēnas skaitļošanas platformas, kas paredzētas darbībai no mākoņa līdz perifērijai un pat kosmosā. Šajā rakstā mēs tuvāk aplūkosim, kas tās ir, kā tās ir organizētas sērijās (RF, AI Edge, Prime, Space XQR) un kādus izstrādes rīkus piedāvā AMD.

Doma ir tāda, ka, beidzot lasīšanu, jums būs skaidra izpratne par Kam tiek izmantoti Versal SoC, un ar ko tie atšķiras? un kā izstrādāt sarežģītas sistēmas, izmantojot Vivado, Vitis un visu saistīto ekosistēmu. Jūs redzēsiet, ka tas nav tikai mārketings: aiz visa tā slēpjas pārdomāta arhitektūra, lai paātrinātu mākslīgā intelekta, video, vadības, augstas klases DSP un prasīgu radiofrekvenču lietojumprogrammu darbību.

Kas ir AMD Versal SoC un kāpēc to sauc par “adaptīvo”?

AMD Versal SoC būtībā ir pilnībā programmējama heterogēna skaitļošanas arhitektūra Tas apvieno vairāku veidu skaitļošanas dzinējus un lielu cietā diska IP apjomu vienā mikroshēmā. Tā nav tikai FPGA ar iegultu procesoru, bet gan platforma, kurā līdzās pastāv:

• Apstrādes sistēma, kuras pamatā ir augstas veiktspējas Arm kodoli.
• FPGA tipa programmējamā loģika (PL) pielāgotas aparatūras ieviešanai.
• Mākslīgā intelekta dzinēji (AI Engines / AIE-ML), kas optimizēti secinājumu darba slodzēm un intensīvai DSP.
• Programmējams tīkls uz mikroshēmas (NoC) datu pārvietošanai lielā ātrumā un ar zemu latentumu.
• Specifiski cietie IP bloki: DSP, atmiņas saskarnes, PCIe, Ethernet, RF-ADC/RF-DAC utt.

Vārds “adaptīvs” cēlies no tā, ka viss šis resursu kopums ir izstrādāts tā, lai jūs varētu pārkonfigurējiet ierīci aparatūras un programmatūras līmenī atkarībā no katras lietojumprogrammas vajadzībām: no klasiskas vadības sistēmas līdz perifērijas mākslīgā intelekta paātrinātājam, tostarp platjoslas RF uztvērējiem vai satelītu lietderīgajām slodzēm.

Versal portfeļa ietvaros AMD piedāvā universālas ierīces un citas ierīces ar specializētām iespējāmStarp šīm īpašajām iespējām ir uzlaboti mākslīgā intelekta dzinēji DSP un mašīnmācībai, integrēti RF-ADC/RF-DAC bloki, paplašināts cietais DSP IP un pat liela joslas platuma atmiņa milzīgu datu apjomu pārvietošanai.

To visu atbalsta rūpīgi izstrādāta dizaina darbplūsma un jaunākās Vivado rīku versijas, kas ļauj abus automatizēt lielu daļu dizaina kā nodrošināt lietotājam precīzu kontroli kritiskos punktos, sasniedzot ļoti konkurētspējīgu veiktspēju uz vatu.

Versal Adaptive SoC arhitektūras galvenie pamatelementi

Lai pilnībā izprastu, kas ir AMD Versal SoC, ir noderīgi tos sīkāk izanalizēt. galvenie pamatelementi, kā apgūts tehniskās apmācības kursos, piemēram, VERSAL-ADM kursā UPV:

Vienā pusē ir programmējamā loģika (PL), tiešs AMD FPGA tradīcijas (Xilinx) pēctecis. Šeit tiek ieviesti pielāgoti paātrinātāji, specifiskas saskarnes, apstrādes cauruļvadi un visa veida pielāgota loģika, kas neiederas tīrā programmatūrā.

Vadošā sirds nāk no apstrādes sistēma (CIPS vai PS), kas integrē augstas veiktspējas Arm kodolus (piemēram, Cortex-A78AE un Cortex-R52 jaunākajās paaudzēs), kā arī atmiņas kontrollerus, standarta perifērijas ierīces, integrētu drošību un dažos modeļos Arm Mali GPU displeju un grafisko saskarņu pārvaldībai.

L viedie dzinēji jeb mākslīgā intelekta dzinēji (AIE/AIE-ML) Tie nodrošina vektoru skaitļošanas un mākslīgā intelekta komponentus. Šie bloki ir izstrādāti, lai apstrādātu DSP darbības un dziļās mācīšanās algoritmus ar ļoti augstu energoefektivitāti, atbalstot optimizētus datu formātus (2. paaudzē MX6 veidi ir minēti AIE-ML v2, lai maksimāli palielinātu veiktspēju uz vatu).

La programmējams tīkls uz mikroshēmas (NoC) Tas darbojas kā datu maģistrāle, savienojot atmiņu, skaitļošanas dzinējus, programmējamu loģiku un ātrdarbīgas perifērijas ierīces. Labs Versal dizains ietver datplūsmas kartēšanu visā šajā NoC, līdzsvarojot joslas platumu, latentumu un prioritātes.

Attēlu papildina vesela baterija nākamās paaudzes atmiņas un saskarnes risinājumi (DDR5, LPDDR5X, liela joslas platuma atmiņa noteiktos modeļos), kā arī vairāku gigabitu seriālie raidītāji-uztvērēji, ātrdarbīgi PCI Express bloki un Ethernet līdz 100G, kā arī citas saskarnes.

Izstrādes vides: Vivado un vienotā Vitis platforma

Versal SoC jauda ir maz noderīga bez atbalstošas ​​izstrādes ekosistēmas. AMD piedāvā ļoti pilnīgas programmatūras un aparatūras vides lai visu veidu dizaineri varētu ķerties pie projektiem ar pielāgojamiem SoC un FPGA, neapmaldoties zema līmeņa detaļās, ja vien tas nav nepieciešams.

Vivado Design Suite aparatūras dizainam

AMD Vivado Design Suite ir atsauces programmatūra aparatūras dizains pielāgojamās SoC un FPGA ierīcēsTas ļauj ievadīt dizainu (HDL formātā vai izmantojot grafiskos rīkus), sintēzi, atrašanās vietu un maršrutu, kā arī visu verifikācijas un simulācijas procesu.

Vivado akceptē tradicionālās HDL valodas kā VHDL un VerilogTas ietver arī grafisku rīku, kas balstīts uz IPI tipa lietotāja saskarni, kas atvieglo “plug-and-play” IP integrāciju. Tas paātrina sarežģītu sistēmu izveidi, neveicot visu manuālu vadu pievienošanu.

Viena no Vivado priekšrocībām ir tā piedāvājums sintezēta un augstākā līmeņa ieviešana Ļoti sarežģītām ierīcēm ar īpašiem palīglīdzekļiem laika noteikšanai un robustām projektēšanas metodoloģijām. Versal līnija ir ieviesusi ievērojamus uzlabojumus kompilācijas laikos, projektēšanas iterāciju skaitā un jaudas aprēķinu precizitātē.

AMD Vitis vienotā programmatūras platforma

Kamēr Vivado koncentrējas uz aparatūru, AMD Vitis platforma rūpējas par Apvienot programmatūras izstrādi un paātrinājumu SoC un FPGA ierīcēsVitis darbojas kopā ar Vivado, lai piedāvātu augstāku abstrakcijas līmeni nekā klasiskais RTL.

Ar Vitis jūs varat radīt dizainus, kas saplūst FPGA struktūras, ARM procesoru apakšsistēmas un AI dzinējiprogrammēšana C/C++, OpenCL vai citās augsta līmeņa valodās. Vitis pats apstrādā paātrinātu kodolu ģenerēšanu, komunikācijas ar PS pārvaldību un izvietošanas optimizēšanu Versal resursos.

Vitis AI mākslīgā intelekta secinājumiem

Balstoties uz Vitis, AMD piedāvā Vitis AI — savu visaptverošo risinājumu AI secinājumu izstrāde AMD ierīcēsŠī platforma ietver iepriekš apmācītus modeļus, optimizētus NPU kodolus, bibliotēkas, rīkus un paraugu dizainus gan perifērijas datoriem, gan datu centram.

Vitis AI ir izstrādāts ar diviem mērķiem: augsta efektivitāte un lietošanas ērtumsRezultātā izstrādātāji var pilnībā izmantot mākslīgā intelekta dzinējus Versal SoC vai datoros ar AMD Ryzen mākslīgā intelekta tehnoloģiju, neizgudrojot riteni katrā projektā no jauna.

Vitis HLS un Vitis modeļu komponists

Vitis HLS rīks ļauj jums izstrādāt sarežģīti algoritmi FPGA izstrādei no C/C++ kodaTas automātiski ģenerē RTL. Tas ir cieši integrēts ar Vivado (sintēzei, vietai un maršrutam) un ar pašu Vitis platformu heterogēnu sistēmu izstrādei.

No otras puses, Vitis Model Composer sniedz iespēju strādāt tādā veidā balstīts uz modeļiem MATLAB un Simulink ietvarosIzstrādājot DSP algoritmus ar augsta līmeņa blokiem un optimizētu veiktspēju, šis rīks paātrina ceļu uz ražošanu, automātiski ģenerējot kodu AMD ierīcēm.

Abos gadījumos mērķis ir viens un tas pats: samazināt izstrādes laiku un palielināt produktivitātiļaujot ļoti dažādiem profiliem — no mākslīgā intelekta zinātniekiem līdz “klasiskajiem” aparatūras inženieriem — sadarboties vienā platformā.

AMD Versal RF sērija: augstas veiktspējas radiofrekvenču SoC

Versalu saimes ietvaros Versal RF sērija Tas ir paredzēts radiofrekvenču sistēmām un modernām testēšanas iekārtām. AMD to piedāvā kā savu piekto paaudzes tiešās radiofrekvences ierīces un vienlaikus pirmo, kas tās apvieno vienā SoC:

• Augstas izšķirtspējas RF datu pārveidotāji ar tiešu paraugu ņemšanu.
• Augsta blīvuma aparatūras bāzes IP DSP skaitļošanas bloki.
• Mākslīgā intelekta dzinēji, kas paredzēti intensīvai digitālo signālu apstrādei.

AMD solījums ar šo sēriju ir piedāvāt augstāka skaitļošanas veiktspēja vienā mikroshēmā Šāda veida lietojumprogrammām, saglabājot optimizētu izmēru, svaru un jaudu (slavenais SWaP), Versal RF sasniedz līdz pat 80 TOPS veiktspēju digitālajā signālu apstrādē.

Salils Radžs, AMD adaptīvo un iegulto datoru grupas vecākais viceprezidents un ģenerāldirektors, skaidro, ka mūsdienu radiofrekvenču sistēmām ir nepieciešams augstas izšķirtspējas, augstas paraugu ņemšanas frekvences datu pārveidotājiTas ievērojami palielina DSP resursu patēriņu. Versal RF risina šo problēmu, koncentrējot vienā SoC lielāku DSP jaudu nekā vairākās ierīcēs kopā, papildus nodrošinot īpašus mākslīgā intelekta dzinējus.

Precīza platjoslas spektra uzraudzība

Viena no pārsteidzošākajām Versal RF sērijas iespējām ir tās spēja paralēli uztvert un analizēt platjoslas spektrus pateicoties augstas izšķirtspējas daudzkanālu RF pārveidotājiem ar 14 bitu kalibrēšanu.

Skaitļos šie SoC spēj piedāvāt līdz pat 32 gigaparaugi sekundē (GSPS) pie 18 GHzTas ļauj ļoti precīzi, ātri un elastīgi raksturot un pētīt signālus. Tas ir īpaši noderīgi elektromagnētiskā spektra operācijās, signālu izlūkošanā un militārajā vai satelītu sakaros.

Ierīce ir optimizēta SWaP

Vēl viena svarīga Versal RF ideja ir SWaP optimizācija: izmērs, svars un jaudaIntegrējot tiešās izlases RF pārveidotājus, cietos IP DSP blokus, AI dzinējus un programmējamu loģiku vienā mikroshēmā, komponentu skaits un kopējais sistēmas enerģijas patēriņš tiek ievērojami samazināts.

Saskaņā ar AMD teikto, DSP funkcijas, kas ieviestas kā cietais IP, ļauj taupīt enerģiju un palielināt skaitļošanas jauduTas ir ļoti svarīgi, ja formas faktors ir ierobežots, kā tas ir kosmosa platformu, aizsardzības aprīkojuma vai pārnēsājamu testa un mērīšanas instrumentu gadījumā.

Versal RF sērijas izstrādes rīki tagad ir pieejami, un AMD ir paziņojusi par savu plānu: silīcija paraugi un novērtēšanas komplekti plānoti 2025. gada ceturtajā ceturksnī, bet ražošanas piegādes paredzētas 2027. gada pirmajā pusē.

AMD Versal AI Edge Gen 2 un Versal Prime Gen 2 sērijas

AMD arī aktīvi reklamē sēriju. Versal AI Edge 2. paaudzes un Versal Prime 2. paaudzesIzstrādāti iegultām un nākamās paaudzes mākslīgā intelekta lietojumprogrammām, to mērķis ir vienā mikroshēmā nodrošināt visu nepieciešamo, lai paātrinātu pilnīgu skaitļošanu mākslīgā intelekta, video un vadības jomā.

Šie SoC ir paredzēti, lai aptvertu trīs klasiskas aprēķinu fāzes ar integrētu mākslīgo intelektu: pirmapstrāde, secinājumi un pēcapstrāde, rūpējoties par veiktspēju un patēriņu katrā no tām.

1. Sensoru datu pirmapstrāde

Priekšapstrādes fāzē tie ir atbildīgi par informācijas apstrāde no sensoriemDatu sapludināšana un iepriekšēja sagatavošana secinājumu izdarīšanai. Otrajā paaudzē apstrādes process ir ievērojami uzlabots ar zemu latentumu, izmantojot gan programmējamo loģiku, gan skaitļošanas resursus, lai nodrošinātu lielāku elastību.

2. Mākslīgā intelekta secinājumi ar mozaīkas tipa arhitektūru

Mākslīgā intelekta secinājumu daļa balstās uz mozaīkas tipa arhitektūra ar AIE-ML v2spējīgs apstrādāt MX6 datu tipus, kas paredzēti, lai maksimāli palielinātu TOPS/vatu attiecību. AMD apgalvo, ka tas nodrošina līdz pat trīs reizēm lielāku TOPS uz vatu salīdzinājumā ar pirmās paaudzes Versal, kas ir ļoti svarīgi iegultajām sistēmām, kurās enerģijas patēriņš tiek stingri kontrolēts.

3. Pēcapstrāde un uzlabota vadība

Pēcapstrādē šie SoC ļauj izpildīt sarežģīti vadības un lēmumu pieņemšanas algoritmi pamatojoties uz uzlabotu centrālā procesora kodolu kopu. Šeit AMD norāda uz līdz pat 10 reizēm lielākiem uzlabojumiem skalārajā skaitļošanā salīdzinājumā ar pirmo paaudzi, kas atvieglo sarežģītas lēmumu loģikas ieviešanu un integrāciju ar citām apakšsistēmām.

CPU un perifērijas ierīču konfigurācija Versal AI Edge Gen 2 sistēmā

Versal AI Gen 2 SoC ir diezgan visaptveroša centrālā procesora konfigurācija, kas var ietvert:

• Specializēti dzinēji mākslīgā intelekta darba slodzes paātrināšanai par mākslīgā intelekta dzinējiem.
• Apstrādes sistēma (PS) ar līdz pat 8 Cortex-A78AE kodoliem augsta līmeņa lietojumprogrammām.
• Līdz 10 Cortex-R52 kodoliem, kas paredzēti reāllaika uzdevumiem un funkcionālajai drošībai.
• Apbruņot Mali-G78AE GPU displeju un grafikas apstrādei.
• Atmiņas kontrolieri ar DDR5 un LPDDR5X atbalstu.
• Integrēts drošības modulis ar ASIL D, SIL 3 un drošas iedarbināšanas atbalstu ar postkvantu aizsardzību.
• Integrēts attēla signāla procesors (ISP) un video kodēšanas/dekodēšanas bloki.
• Programmējama loģiskā matrica pielāgotu funkciju ieviešanai.
• Augstas veiktspējas I/O saskarnes: PCIe Gen 5, 100G Ethernet, programmējami I/O un seriālie raidītāji/uztvērēji.

Ar šo kombināciju AMD mērķis ir pozicionēt Versal kā ļoti spēcīgs konkurents mākslīgā intelekta orientētajā iegulto ierīču segmentāLai gan NVIDIA joprojām ir tālu priekšā datu centru mākslīgā intelekta arēnā, iegulto un perifērijas mākslīgā intelekta jomā AMD stratēģija ar Versal, Vitis AI un Ryzen AI integrāciju datoros nostiprina tās pozīcijas salīdzinājumā ar Intel un citiem spēlētājiem.

Versal XQR: adaptīvie SoC kosmosa lietojumprogrammām

Viens īpaši interesants variants ir Versal XQR sērijaŠīs ierīces, kas paredzētas kosmosa sektoram, ievieš īpaši augstas veiktspējas adaptīvo SoC filozofiju satelītu un kosmosa misiju vidē, kur pārkonfigurējamība un uzticamība ir izšķiroša nozīme.

Versal XQR pievieno mašīnmācīšanās iespējas un ārkārtīgi liels joslas platums Pielāgoti orbītā notiekošai lietderīgās slodzes apstrādei, tie ievērojami palielina pieejamo loģisko šūnu, integrētās SRAM un vairāku gigabitu raidītāja joslas platuma skaitu.

Pateicoties šai kombinācijai, tie ļauj Ieviest uz vektoriem balstītus algoritmus un ātrdarbīgu signālu apstrādi tieši kosmosā, dodot laiku atjaunināt vai pārkonfigurēt derīgās kravas funkcionalitāti ar jau izvietotu satelītu, kas ir kritiski svarīgi ilgtermiņa misijās.

Balstoties uz AMD iepriekšējo pieredzi kosmosa tehnoloģiju jomā, Versal XQR sērija ir pozicionēta kā jauns rekonfigurējamu risinājumu standarts orbītāatbalstot vairākus apstrādes mezglus un paverot durvis uz elastīgākām un izturīgākām sistēmām.

Projektēšanas metodoloģijas un specializētā apmācība: VERSAL-ADM kursa piemērs

Lai izmantotu visas šīs tehnoloģijas priekšrocības, jums ir nepieciešams stabila projektēšanas metodoloģija un īpaša apmācībaLabs piemērs ir VERSAL-ADM kurss “Projektēšana ar Versal Adaptive SoC: Arhitektūra un projektēšanas metodoloģijas”, ko pasniedz Valensijas Politehniskajā universitātē (UPV).

Šis kurss ir daļa no Versal Adaptive SoC inženierijas ceļš, progresīvs apmācības ceļš, kas aptver Versal izstrādes ekosistēmu no pamata arhitektūras līdz modernu heterogēnu lietojumprogrammu izstrādei, tostarp paātrinājumu ar mākslīgā intelekta dzinējiem un digitālo signālu apstrādi.

Apmācības koncentrējas uz to, lai studenti apgūtu visaptveroša izpratne par Versal arhitektūras blokiemPL, ātrdarbīga I/O, pulksteņa arhitektūras, CIPS apstrādes sistēma, AIE viedie motori un programmējams NoC.

Visā kursa laikā tiks izmantots nākamās paaudzes atmiņas tehnoloģijas un saskarnes lai nodrošinātu augstas veiktspējas heterogēnu paātrinājumu vairākās lietojumprogrammās. Tajā tiek aplūkota arī lietojumprogrammu kartēšana un sadalīšana, dizaina slēgšana, kā arī barošanas un termiskie risinājumi, lai optimizētu kopējo veiktspēju.

Konkrētie mērķi ietver:

• Detalizēti apskatiet Versal Adaptive SoC arhitektūru.
• Aprakstiet pieejamos skaitļošanas dzinējus un to ietvertos resursus.
• Izskaidrojiet NoC un mākslīgā intelekta dzinēja (AIE – AI Engines) arhitektūru.
• Apkopojiet ierīču atmiņas risinājumus un programmēšanas saskarnes.
• Identificējiet PCIe risinājumus un integrētos seriālos raidītājus/uztvērējus.
• Demonstrējiet iegultās programmatūras izstrādes darbplūsmu un mākslīgā intelekta dzinēju.
• Pielietojiet rīkus un metodoloģijas sarežģītu sistēmu izveidei.
• Izmantojiet Power Design Manager, lai novērtētu patēriņu.
• Palaist ierīces konfigurācijas un atkļūdošanas procesus.
• Uzlabojiet Versal sistēmas veiktspēju un izvēlieties atbilstošus jaudas un termiskos risinājumus.
• Veikt simulācijas un atkļūdošanu sistēmas līmenī.

Mērķauditorija ietver Programmatūras un aparatūras izstrādātāji, sistēmu arhitekti, DSP dizaineri un jebkuram profesionālim, kuram jāizprot Versal Adaptive SoC un saistīto projektēšanas metodoloģiju potenciāls.

Kā priekšnosacījumi ir ieteicamas zināšanas par AMD FPGA un SoC, kā arī pamatpieredze ar Vivado un Vitis rīkiem. Attiecībā uz rīkiem un aparatūru tiks izmantots sekojošais: PetaLinux (2025.1. versija) un novērtēšanas platformas, piemēram, Versal VCK190 vai VEK280.

Kurss, kas finansēts programmas ietvaros UPV-VaSiC Starptautiskā mikroelektronikas dizaina katedra Un Digitālās transformācijas ministrijas un ES atbalstītā programma “Chip Chairs” — NextGenerationEU — parāda, cik lielā mērā AMD un akadēmiskā vide cenšas izveidot stabilu inženieru bāzi, kas specializējas Versal tehnikā.

Kopumā AMD Versal adaptīvie SoC veido ļoti plašu saimi, kas aptver visu, sākot no mākoņa līdz perifērijas sistēmām, tostarp radiofrekvenču sistēmas, kosmosa lietojumprogrammas un mākslīgā intelekta iegultās platformas. Starp to jaudu heterogēna arhitektūraDažādās specializētās sērijas (RF, AI Edge, Prime, XQR) un rīku un apmācību ekosistēma (Vivado, Vitis, Vitis AI, HLS, Model Composer, kursi, piemēram, VERSAL-ADM) padara to par ļoti nopietnu iespēju ikvienam, kam nepieciešams maksimāli izmantot veiktspēju uz vatu un pārkonfigurācijas elastību progresīvos skaitļošanas, komunikācijas vai vadības projektos.