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FPGA 40周年:AMD聚焦边缘智能与异构计算的未来

电子发烧友网报道(文/黄晶晶)赛灵思(Xilinx)推出的第一款FPGA芯片XC2064于1985年6月问世,它有600个门,64个可配置逻辑块,运行频率为70MHz。这款现场可编程门阵列FPGA使得工程师能够灵活地自定义芯片功能,而无需等待芯片从晶圆厂制造返回。它大大提升了芯片的开发速度,缩短了产品上市时间。

AMD产品、软件和解决方案公司副总裁Kirk Saba表示,FPGA 40周年将是一个非常重要的里程碑,它证明了FPGA的重要性,它是一项不可或缺的技术,能够助力各种各样不同类型的应用和创新。

边缘智能

包括FPGA、CPU、GPU、ASIC等在内的多种计算引擎正被用于边缘智能场景中,Kirk Saban认为,FPGA最适合的应用就是边缘侧,尤其是需要实时处理的情况。而在边缘侧GPU往往功耗较高。FPGA关键的价值在于应用现场可编程以及可升级的能力,并且FPGA无论是功耗还是性能都可以灵活部署。

他进一步指出,要充分地利用底层硬件的能力,实际上是系统级设计的问题,同时也要充分利用器件所具有的存储架构来实现最大的潜能。

“FPGA具有定制化的存储架构,它可以满足客户不同的算法需求。”Kirk Saban说道。

AMD拥有广泛的FPGA产品,最小的以及最低功耗的FPGA例如Spartan UltraScale+ 等,还有Spartan 7、Artix 7,以及Artix UltraScale+ 等都能为客户提供不同定制化需求。如果客户需要嵌入式的处理能力,有“Zynq 7000”和“Zyng MPSoC”等产品线。总之,基于FPGA可编程能力,可以提供ASIC或者ASSP的解决方案。

在边缘侧,我们看到越来越多智能器件的部署以及互联,例如大量的传感器、摄像头等设备都将搭载边缘AI,FPGA可以帮助客户决定在器件上部署多少AI,Kirk Saban表示,在未来我们会看到很多在边缘侧部署AI的独特用户案例,这个趋势在不断地发展。

异构计算

数年前,AMD前瞻性地建立异构计算平台。从Versal系列产品组合开始,它具有嵌入式计算能力,又具有多个ARM的处理核,同时硬NPU Virtex可以作为AI引擎。

可编程式逻辑FPGA有很多硬化的IP,比如硬以太网核、硬安全核等,能够助力异构计算。它还能够提供灵活性,在编程逻辑、AI引擎和特定的应用结合上给用户带来嵌入式计算的辅助方式,并运行相应的嵌入式操作系统,比如Linux。

“我们已经看到了这种颠覆式的变化正在发生,包括不同芯片之间的角色分工,我们一直以来的价值主张就是把不同的技术整合到单一芯片中。”Kirk Saban总结到。

AMD在小芯片技术上有着非常悠久的历史,而这一技术也将广泛应用于FPGA上。该技术最早源于AMD与台积电合作开发带有Virtex-7的CoWoS。之后GPU也采用小芯片技术和内存进行结合。AMD将继续研发基于先进工艺节点的产品,在不远的未来最新研发产品将陆续上市。

在过去40年中,FPGA开发工具如Vivado、Vitis通过不断优化以适应软硬件工程师用户群体。Kirk Saban表示,Vivado软件工具主要聚焦于硬件开发人员,通过高层次综合、机器学习优化和无缝IP核集成等高级功能,支持开发人员简化工作流程、缩短开发周期并实现更高的性能。

Vitis则面向软件开发人员。不论是写嵌入式的C代码还是HLS代码,它都能够进行编译等。对于AI引擎来说,Vitis AI工具更多聚焦于与AMD CPU和GPU软件的结合。在一体化的AI软件框架下进行开发,能够更好地助力客户在AMD的硬件上训练模型和多平台部署。

此外,AMD正在将生成式AI技术融入FPGA开发流程,引入AI 辅助开发工具让复杂的硬件编程变得更加智能。

AI软件生态方面,AMD也在不断地打磨和增强。早前,AMD收购软件公司Mipsology,后者核心技术为Zebra编译器。此举将有助于完善AMD在AI领域的编译器环节,提升软件在硬件上的运行效率,增强其AI推理软件能力。Kirk Saban认为,在软件上的投资将更好地释放AMD在硬件领域的潜能。

AMD一直大力地支持和倡导开源生态,通过与Yocto之间的合作,并成为开源社区非常重要的贡献者。从而极大地帮助开发人员加快开发效率,并确保其得到极具鲁棒性的世界级的软件工具。此外,AMD还推动ROCm在GPU软件领域的开源生态。总之,开源将继续成为AMD非常重要的差异点。

FPGA拥抱AI时代

AMD具有丰富全面的产品矩阵,提供CPU、GPU、FPGA等芯片,最大程度满足客户在消费级、企业级、数据中心等领域的不同计算性能需求。下一代半导体科技浪潮属于AI,走过发展的40年,FPGA将在AI时代扮演重要角色。

Kirk Saban表示,AI、汽车、机器人等产业发展迅速,这些技术都需要FPGA。譬如我们看到在中国新能源汽车发展如火如荼,现在的汽车就像四个轮子装上的电脑一样,它需要一系列电子元器件,而FPGA有很大的发挥空间,包括ADAS、智能驾驶、舱内车载娱乐系统等等。另外,无人机、机器人等边缘设备的自动化、智能化,这些都将为AMD在边缘AI的技术和能力带来巨大的契机。

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