Qué son los SoC AMD Versal y cómo funcionan sus distintas series

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Si te mueves en el mundo del hardware embebido, la IA o el procesado de señales, seguro que has oído hablar de los SoC adaptativos AMD Versal. No son simples FPGA ni simples procesadores: son plataformas completas de computación heterogénea pensadas para ir desde la nube hasta el borde, pasando incluso por el espacio. En este artículo vamos a ver con calma qué son, cómo se organizan por series (RF, AI Edge, Prime, XQR espacial) y qué herramientas de desarrollo pone AMD encima de la mesa.

La idea es que, al terminar de leer, tengas una visión clara de para qué sirven los SoC Versal, qué los hace distintos y cómo se diseñan sistemas complejos apoyándote en Vivado, Vitis y todo el ecosistema asociado. Verás que no es solo marketing: detrás hay una arquitectura muy bien pensada para acelerar IA, vídeo, control, DSP de alta gama y aplicaciones de RF exigentes.

Qué es un SoC AMD Versal y por qué se llama “adaptativo”

Un SoC AMD Versal es, en esencia, una arquitectura de computación heterogénea totalmente programable por software que combina en un solo chip varios tipos de motores de cómputo y una amplia cantidad de IP dura. No es únicamente una FPGA con un procesador embebido, sino una plataforma donde conviven:

• Un sistema de procesamiento basado en núcleos Arm de alto rendimiento.
• Lógica programable (PL) de tipo FPGA para implementar hardware a medida.
• Motores de IA (AI Engines / AIE-ML) optimizados para cargas de trabajo de inferencia y DSP intensivo.
• Red en chip programable (NoC) para mover datos a gran velocidad y con baja latencia.
• Bloques IP duros específicos: DSP, interfaces de memoria, PCIe, Ethernet, RF-ADC/RF-DAC, etc.

La palabra “adaptativo” viene de que todo este conjunto de recursos está pensado para que puedas reconfigurar el dispositivo a nivel de hardware y software según las necesidades de cada aplicación: desde un sistema de control clásico hasta un acelerador de IA de borde, pasando por receptores RF de banda ancha o cargas útiles de satélite.

Dentro de la cartera Versal, AMD ofrece dispositivos de propósito general y otros con capacidades especializadas. Entre estas capacidades especiales encontramos motores de IA reforzados para DSP y machine learning, bloques RF-ADC/RF-DAC integrados, IP dura de DSP extendida o incluso memoria de alto ancho de banda para mover datos masivos.

Todo ello se apoya en un flujo de diseño muy pulido y en las últimas versiones de las herramientas Vivado, que permiten tanto automatizar buena parte del diseño como dar un control fino al usuario en los puntos críticos, logrando un rendimiento por vatio muy competitivo.

Principales bloques de la arquitectura Versal Adaptive SoC

Para entender bien qué son los SoC AMD Versal, conviene desglosar sus bloques de construcción principales, tal y como se estudia en formaciones técnicas como el curso VERSAL-ADM de la UPV:

Por un lado está la lógica programable (PL), heredera directa de la tradición FPGA de AMD (Xilinx). Aquí es donde se implementan aceleradores a medida, interfaces específicas, pipelines de procesamiento y todo tipo de lógica personalizada que no encaja bien en software puro.

El corazón de control viene del sistema de procesamiento (CIPS o PS), que integra núcleos Arm de altas prestaciones (como Cortex-A78AE y Cortex-R52 en las generaciones más recientes), además de controladores de memoria, periféricos estándar, seguridad integrada y, en algunos modelos, GPU Arm Mali para gestionar pantallas e interfaces gráficas.

Los motores inteligentes o AI Engines (AIE/AIE-ML) aportan la parte de cómputo vectorial y de IA. Estos bloques están diseñados para manejar operaciones de DSP y algoritmos de aprendizaje profundo con una eficiencia energética muy alta, soportando formatos de datos optimizados (en Gen 2 se habla de tipos MX6 en AIE-ML v2 para exprimir el rendimiento por vatio).

La red en chip programable (NoC) actúa como autopista de datos, conectando memoria, motores de cómputo, lógica programable y periféricos de alta velocidad. Un buen diseño sobre Versal pasa por saber mapear el tráfico sobre esta NoC, equilibrando ancho de banda, latencia y prioridades.

Completan la foto toda una batería de soluciones de memoria e interfaces de última generación (DDR5, LPDDR5X, memoria de alto ancho de banda en ciertos modelos), así como transceptores serie multigigabit, bloques PCI Express de altas velocidades y Ethernet de hasta 100G, entre otras interfaces.

Entornos de desarrollo: Vivado y la plataforma unificada Vitis

La potencia de un SoC Versal no sirve de mucho si no hay un ecosistema de desarrollo a la altura. AMD ofrece entornos de software y hardware muy completos para que diseñadores de todo tipo puedan abordar proyectos con SoC y FPGA adaptables sin perderse en detalles de bajo nivel salvo que sea necesario.

Vivado Design Suite para diseño de hardware

AMD Vivado Design Suite es el software de referencia para el diseño de hardware en SoC y FPGA adaptables. Permite la entrada del diseño (en HDL o mediante herramientas gráficas), la síntesis, el lugar y ruta y toda la parte de verificación y simulación.

Vivado acepta los lenguajes HDL tradicionales como VHDL y Verilog, y además incluye una herramienta gráfica basada en una interfaz de usuario tipo IPI que facilita la integración de IP al estilo “plug-and-play”. Esto acelera la construcción de sistemas complejos sin tener que cablear todo a mano.

Uno de los puntos fuertes de Vivado es que ofrece sintetizado e implementación de primer nivel para dispositivos muy complejos, con ayudas específicas para el cierre de temporización y metodologías de diseño robustas. En la línea Versal se han introducido mejoras significativas en tiempos de compilación, número de iteraciones de diseño y precisión en el cálculo de potencia.

Plataforma de software unificada AMD Vitis

Mientras Vivado se centra en el hardware, la plataforma AMD Vitis se ocupa de unificar el desarrollo de software y aceleración sobre SoC y FPGA. Vitis trabaja en conjunto con Vivado para ofrecer un nivel de abstracción superior al RTL clásico.

Con Vitis puedes crear diseños que mezclan estructuras FPGA, subsistemas de procesador Arm y motores de IA, programando en C/C++, OpenCL u otros lenguajes de alto nivel. El propio Vitis se encarga de generar kernels acelerados, gestionar la comunicación con el PS y optimizar el despliegue sobre los recursos de Versal.

Vitis AI para inferencia de inteligencia artificial

Sobre la base de Vitis, AMD ofrece Vitis AI, su solución integral para desarrollo de inferencia de IA en dispositivos AMD. Esta plataforma incluye modelos preentrenados, núcleos NPU optimizados, bibliotecas, herramientas y diseños de ejemplo tanto para el borde como para el centro de datos.

Vitis AI está pensado con un doble objetivo: alta eficiencia y facilidad de uso. El resultado es que los desarrolladores pueden explotar al máximo los motores de IA en los SoC Versal o en PCs con tecnología AMD Ryzen AI sin tener que reinventar la rueda en cada proyecto.

Vitis HLS y Vitis Model Composer

La herramienta HLS de Vitis permite diseñar algoritmos complejos para FPGA desde código C/C++, generando automáticamente el RTL. Está estrechamente integrada con Vivado (para síntesis, place & route) y con la propia plataforma Vitis para el desarrollo de sistemas heterogéneos.

Por otro lado, Vitis Model Composer da la posibilidad de trabajar de forma basada en modelos dentro de MATLAB y Simulink, diseñando algoritmos de DSP con bloques de alto nivel y rendimiento optimizado. Esta herramienta acelera el camino a producción gracias a la generación automática de código para dispositivos AMD.

En ambos casos, el objetivo es el mismo: reducir el tiempo de desarrollo y aumentar la productividad, permitiendo que perfiles muy diferentes —desde científicos de IA hasta ingenieros de hardware “clásicos”— puedan colaborar sobre la misma plataforma.

Serie AMD Versal RF: SoC para radiofrecuencia de alto rendimiento

Dentro de la familia Versal, la serie Versal RF está orientada a sistemas de radiofrecuencia y equipos de prueba avanzados. AMD la presenta como su quinta generación de dispositivos RF directa y, al mismo tiempo, la primera que combina en un solo SoC:

• Convertidores de datos de RF de alta resolución con muestreo directo.
• Bloques de computación DSP basados en IP hard de gran densidad.
• Motores de IA destinados al tratamiento intensivo de señales digitales.

La promesa de AMD con esta serie es ofrecer el mayor rendimiento de computación en un único chip para este tipo de aplicaciones, manteniendo optimizados tamaño, peso y potencia (el famoso SWaP). Según la compañía, Versal RF alcanza hasta 80 TOPS de rendimiento en procesamiento de señales digitales.

El vicepresidente senior y director general del Adaptive and Embedded Computing Group de AMD, Salil Raje, explica que los sistemas RF modernos necesitan convertidores de datos de alta resolución y alta frecuencia de muestreo, lo que dispara el consumo de recursos DSP. Versal RF responde a este reto concentrando en un único SoC más capacidad DSP que varios dispositivos combinados, además de aportar motores de IA específicos.

Supervisión precisa del espectro de banda ancha

Una de las capacidades más llamativas de la serie Versal RF es su habilidad para capturar y analizar espectros de banda ancha en paralelo gracias a convertidores RF multicanal de alta resolución, con 14 bits de calibración.

En cifras, estos SoC son capaces de ofrecer hasta 32 gigamuestras por segundo (GSPS) a 18 GHz, lo que permite caracterizar y estudiar señales de forma muy precisa, rápida y flexible. Esto resulta especialmente útil en operaciones de espectro electromagnético, inteligencia de señales y comunicaciones militares o por satélite.

Dispositivo optimizado para SWaP

Otra de las ideas clave en Versal RF es la optimización de SWaP: tamaño, peso y potencia. Al integrar convertidores RF de muestreo directo, bloques DSP hard IP, motores de IA y lógica programable en el mismo chip, se reduce significativamente el número de componentes y el consumo total del sistema.

Según AMD, las funciones DSP implementadas como IP dura permiten ahorrar energía y aumentar la capacidad de computación, algo fundamental cuando el factor de forma es limitado, como ocurre en plataformas aeroespaciales, equipos de defensa o instrumentos de test y medida portátiles.

Las herramientas de desarrollo para la serie Versal RF ya están disponibles, y AMD ha anunciado su hoja de ruta: muestras de silicio y kits de evaluación previstos para el cuarto trimestre de 2025, con envíos de producción apuntando a la primera mitad de 2027.

Serie AMD Versal AI Edge Gen 2 y Versal Prime Gen 2

AMD también está impulsando con fuerza las series Versal AI Edge Gen 2 y Versal Prime Gen 2, pensadas para aplicaciones integradas y de IA de nueva generación. Su objetivo es ofrecer, en un solo chip, todo lo necesario para acelerar el cálculo extremo a extremo en IA, vídeo y control.

Estos SoC están pensados para cubrir las tres fases clásicas del cálculo con IA integrada: preprocesamiento, inferencia y postprocesamiento, cuidando el rendimiento y el consumo en cada una de ellas.

1. Preprocesamiento de datos de sensores

En la fase de preprocesamiento, se encargan del tratamiento de la información procedente de sensores, fusión de datos y acondicionamiento previo a la inferencia. En la segunda generación se ha mejorado especialmente la pipeline de procesamiento con baja latencia, aprovechando tanto la lógica programable como los recursos de cómputo para una mayor flexibilidad.

2. Inferencia de IA con arquitectura tipo mosaico

La parte de inferencia de IA se apoya en una arquitectura tipo mosaico con AIE-ML v2, capaz de manejar tipos de datos MX6 pensados para maximizar la relación TOPS/vatio. AMD habla de hasta tres veces más TOPS por vatio respecto a la primera generación de Versal, lo que es crítico para sistemas embebidos donde el consumo está muy controlado.

3. Postprocesamiento y control avanzado

En el postprocesamiento, estos SoC permiten ejecutar algoritmos de control y toma de decisiones complejas sobre un conjunto de núcleos de CPU avanzados. Aquí AMD señala mejoras de hasta 10 veces en el cálculo escalar respecto a la primera generación, lo que facilita implementar lógica de decisión sofisticada y la integración con otros subsistemas.

Configuración de CPU y periféricos en Versal AI Edge Gen 2

Los SoC Versal AI Gen 2 llevan una configuración de CPU bastante completa, que puede incluir:

• Motores específicos para acelerar cargas de IA sobre los AI Engines.
• Un sistema de procesamiento (PS) con hasta 8 núcleos Cortex-A78AE para aplicaciones de alto nivel.
• Hasta 10 núcleos Cortex-R52 orientados a tareas de tiempo real y seguridad funcional.
• GPU Arm Mali-G78AE para manejo de pantallas y gráficos.
• Controladores de memoria con soporte para DDR5 y LPDDR5X.
• Módulo de seguridad integrado con soporte para ASIL D, SIL 3 y arranque seguro con protección poscuántica.
• Procesador de señal de imagen (ISP) integrado y bloques de codificación/decodificación de vídeo.
• Matriz de lógica programable para implementar funciones a medida.
• Interfaces de E/S de alto rendimiento: PCIe Gen 5, Ethernet 100G, E/S programables y transceptores serie.

Con esta combinación, AMD apunta a posicionar Versal como un competidor muy sólido en el segmento embebido centrado en IA. Aunque NVIDIA sigue muy por delante en el ámbito de la IA de centro de datos, en el terreno embebido y de borde, la estrategia de AMD con Versal, Vitis AI y la integración de Ryzen AI en PC refuerza su papel frente a Intel y otros actores.

Versal XQR: SoC adaptativos para aplicaciones espaciales

Una variante especialmente interesante es la Serie Versal XQR, pensada para el sector espacial. Estos dispositivos llevan la filosofía de los SoC adaptativos de ultra alto rendimiento al entorno de satélites y misiones espaciales, donde la reconfigurabilidad y la fiabilidad son cruciales.

Los Versal XQR añaden capacidades de aprendizaje automático y altísimo ancho de banda adaptadas a aplicaciones de carga útil de procesamiento en órbita. Incrementan drásticamente el número de celdas lógicas disponibles, la SRAM integrada y el ancho de banda de transceptores multigigabit.

Gracias a esta combinación, permiten implementar algoritmos basados en vectores y procesamiento de señales de alta velocidad directamente en el espacio, dando margen para actualizar o reconfigurar la funcionalidad de la carga útil con el satélite ya desplegado, algo crítico en misiones de larga duración.

Apoyándose en la experiencia previa de AMD en tecnología espacial, la Serie Versal XQR se posiciona como nuevo estándar de soluciones reconfigurables en órbita, soportando múltiples nodos de proceso y abriendo la puerta a sistemas más flexibles y duraderos.

Metodologías de diseño y formación especializada: el ejemplo del curso VERSAL-ADM

Para sacar partido a toda esta tecnología hace falta una metodología de diseño sólida y formación específica. Un buen ejemplo es el curso VERSAL-ADM – “Diseñando con los SoC Adaptativos Versal: Arquitectura y Metodologías de Diseño”, impartido en la Universidad Politécnica de Valencia (UPV).

Este curso forma parte del Versal Adaptive SoC Engineering Path, una ruta formativa progresiva que recorre el ecosistema de desarrollo Versal desde la arquitectura básica hasta el diseño de aplicaciones heterogéneas avanzadas, pasando por aceleración con motores de IA y procesamiento digital de señales.

La formación se centra en que el alumnado adquiera una comprensión integral de los bloques de la arquitectura Versal: PL, E/S de alta velocidad, arquitecturas de reloj, sistema de procesamiento CIPS, motores inteligentes AIE y NoC programable.

A lo largo del curso se estudia el uso de tecnologías de memoria e interfaces de última generación para ofrecer aceleración heterogénea de alto rendimiento en múltiples aplicaciones. También se profundiza en el mapeo y particionamiento de aplicaciones, en el cierre de diseño y en soluciones de potencia y térmicas para optimizar el rendimiento global.

Entre los objetivos específicos destacan:

• Revisar en detalle la arquitectura del Versal Adaptive SoC.
• Describir los motores de cómputo disponibles y los recursos que incorporan.
• Explicar la arquitectura de la NoC y del motor de IA (AIE – AI Engines).
• Resumir soluciones de memoria e interfaces de programación del dispositivo.
• Identificar soluciones PCIe y transceptores serie integrados.
• Demostrar el flujo de desarrollo de software embebido y del AI Engine.
• Aplicar herramientas y metodologías para crear sistemas complejos.
• Utilizar Power Design Manager para estimar consumo.
• Ejecutar procesos de configuración y depuración de dispositivos.
• Mejorar el rendimiento del sistema Versal y elegir soluciones de potencia y térmicas adecuadas.
• Realizar simulaciones y depuración a nivel de sistema.

El público objetivo incluye desarrolladores de software y hardware, arquitectos de sistemas, diseñadores DSP y cualquier profesional que necesite entender el potencial de los Versal Adaptive SoC y las metodologías de diseño asociadas.

Como prerequisitos, se recomienda tener conocimientos de FPGA y SoC de AMD, así como experiencia básica con las herramientas Vivado y Vitis. En cuanto a herramientas y hardware, se trabaja con PetaLinux (versión 2025.1) y plataformas de evaluación como Versal VCK190 o VEK280.

El curso, financiado en el marco de la Cátedra Internacional UPV-VaSiC de Diseño Microelectrónico y del programa de Cátedras Chip apoyado por el Ministerio para la Transformación Digital y la UE – NextGenerationEU, muestra hasta qué punto AMD y el entorno académico están empujando para crear una base sólida de ingenieros especializados en Versal.

En conjunto, los SoC adaptativos AMD Versal forman una familia muy amplia que cubre desde la nube hasta el borde, pasando por sistemas RF, aplicaciones espaciales y plataformas embebidas con IA intensiva. Entre la potencia de su arquitectura heterogénea, las distintas series especializadas (RF, AI Edge, Prime, XQR) y el ecosistema de herramientas y formación (Vivado, Vitis, Vitis AI, HLS, Model Composer, cursos como VERSAL-ADM), se convierten en una opción muy seria para cualquiera que necesite exprimir al máximo el rendimiento por vatio y la flexibilidad de reconfiguración en proyectos avanzados de computación, comunicaciones o control.