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
2 w0 \( V6 u: |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。
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1 h0 {; d3 U" c! D# y, u2 C理解挑战
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
[/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。

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! K, o  a3 I' ~0 B1 C! ~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。

AMD Versal AI Edge 系列 Gen 2 的主要特性
: @% ~+ Y: q5 b1. 新一代 AI 引擎
& |  K# I) z  D# M* f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）。
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2. 高性能集成 CPU
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。

! Y9 m) W% @. Y( b) |/ z3. 增强的安全性
' c1 G- ~3 y; w8 z* a  P+ X; C) a+ n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。

5 \. F$ Q) \; N7 W( g5 }7 X0 Z4. 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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. A, F- }; A  R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。
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AI 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：
) R/ G& Y8 e( [* m4 n
% T1 ~$ u& R% {# o2 d( M1. 增加了各种数据类型的计算能力（INT8、BFLOAT16、FP8、FP16、MX6、MX9）
2. AIE 阵列互连带宽翻倍（64b）
3. 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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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。
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处理系统概述
& f! D! S6 }1 W/ B; ^2 `* r% x  xVersal AI Edge 系列 Gen 2 的处理系统包括：
, Z: i* o1 R6 F0 u
1. 应用处理单元（APU）
4 h+ }# }9 [/ }) n

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

7 X% I7 ?0 g5 f, t0 v2. 实时处理单元（RPU）

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
& L' ^2 x  p- F, {1 z3 E5 x$ P
7 q3 q3 |% I, f2 S& ]3. 图形处理单元（GPU）
/ Q- Z% o+ ~% {# @+ V$ O6 n$ h9 i, p

Arm Mali G78AE GPU

最高频率 1.05 GHz

可达 268 GFlops
+ p. z% F1 N0 g

0 k, N2 R9 ^, }! `& ?

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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。
5 d+ m9 r/ m+ E
7 H1 b8 w/ r2 {1 w3 D嵌入式系统安全性
& F+ I0 o: b7 t, t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
[/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。
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7 T; l7 X1 u4 O. S3 y( {功能安全
Versal AI Edge 系列 Gen 2 在设计时考虑了功能安全，支持：

ISO 13849（机器安全）

IEC 61508（功能安全）

ISO 26262（汽车安全）

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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) `( H, f- V, X: H

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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。
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AI 和视觉处理流程
Versal 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]
! x# r  }1 f  p3 Z- M3 @$ _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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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。
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适应性和可扩展性
: \/ t  u! `7 ]6 n& A6 }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。

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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
7 J+ `# R4 o8 h: B7 b# FAMD 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。
) @1 H% o, @6 `' L( U  a3 h
参考文献
  h5 w$ H: g! ?( m5 @[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.

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