AMD Versal SoC全新升级边缘AI性能，单芯片方案驱动嵌入式系统

电子发烧友网报道（文/黄晶晶）边缘AI应用需要更多的高性能计算和算力的支持，AMD的Versal和Zynq系列产品一直支持医疗、交通、智能零售、智能工厂、智能城市等领域的边缘AI落地。最近，AMD宣布扩展 AMD Versal™ 自适应片上系统（ SoC ）产品组合，推出全新第二代 Versal AI Edge 系列和第二代 Versal Prime 系列自适应 SoC，其将预处理、AI 推理与后处理集成于单器件中，能够为 AI 驱动型嵌入式系统提供端到端加速。
 

AI驱动型嵌入式系统的三个阶段

在嵌入式系统中，预处理、AI推理、后处理是AI驱动型嵌入式系统的三个重要阶段。
 
在预处理器部分，主要是各类传感器包括毫米波雷达、激光雷达、摄像头等进行处理与融合、数据调节等等。可编程逻辑能够非常灵活，实时地支持各类传感器接口，保证低延时、稳定运算，并且在现场部署之后还能够升级。



在推理过程当中一般使用矢量处理器，市场上已有很多类型。在后处理阶段，通常使用高性能的嵌入式CPU。
 
另外，也可以通过第一代Versal AI Edge系列产品当中的可编程逻辑来做预处理，用矢量处理或者人工智能引擎来做推理。但是在后处理过程需要加上外部的处理器。无论如何，此前还没有哪一类处理器能够针对这三个阶段进行优化。
 
AMD自适应与嵌入式计算事业部( AECG ) Versal产品营销总监Manuel Uhm分析，采用多颗芯片会给整个嵌入式系统带来诸多限制。例如更高的功率、供电复杂性、更高的占板面积和终端系统尺寸，以及更高的内存要求，芯片间通信带来的时延，更多安全漏洞和故障点，还有板卡设计的工作量等。
 
此次，AMD嵌入式系统的单芯片智能性方案推出两个系列的产品，第二代Versal AI Edge系列，面向AI驱动型嵌入式系统；以及第二代Versal Prime系列，面向经典嵌入式系统。较上一代产品，采用下一代AI引擎带来高达3倍的每瓦TOPS，采用全新高性能集成CPU带来高达10标的标量计算。通过AMD可编程逻辑实现世界领先的自适应计算。


 

第二代Versal自适应SoC——单芯片智能性

 
第二代Versal自适应SoC单芯片就能实现三个阶段的加速。具体来看，预处理阶段，AMD可编程逻辑进行传感器融合和数据调节。此外还加入新的硬图像和视频处理，无需可编程逻辑进行处理。
 
下一代AI引擎AIE-ML v2可以实现高达3倍的每瓦TOPS，实现高效AI推理。基于AMD的Vitis AI开发环境进行快速部署，开发者可以使用他们原本非常熟悉的开源工具，比如说PyTorch、TensorFlow等等在Vitis中进行优化、推理。
 
有了AI引擎的加持，可以支持更多的数据类型，支持不同的精度和吞吐量，比如支持共享指数数据类型，可以在提高吞吐量的情况下不减损它的精准度。
 
AMD自适应与嵌入式计算事业部 Versal AI Edge系列高级产品线经理Steph Gauthie分析，二代Versal AI Edge系列器件中的Dense TOPS，以数据类型MX6来看，算力最高达到370 TFLOPS。如果采用稀疏度计算，性能可以翻番，同时它还可以达到370 TFLOPS。以INT8来看最高端可以做到184 TOPS。另外，采用AIE-ML v2，还能够做一些数据信号的处理，比如说FIR、FFT等等。
 
CPU性能大幅提升，实现高达10倍的标量计算。集成2-8个Cortex A78AE内核，每核心最高频率高达2.2GHz，以及高达200.3K的DMIPS算力。10个Arm Cortex-R52实时处理器。每核心最高频率高达1.05 GHz，高达28.5K的DMIPS算力。
 

 
考虑到边缘计算对于信息安全和功能安全的要求，还能够支持ASIL D、SIL 3等级规格，可应用于自动驾驶和工业领域。
 
Steph Gauthie举例，在高级自动驾驶辅助系统L2和L3中，作为单芯片域控制器与前一代AI Edge相比在相近的功率资源下图像处理能力增加4倍。
 

 
此外，智慧城市的摄像头系统中，与前一代AI Edge相比每路视频流占板面板缩小65%。应用于专业的音视频和广播的视频流，与Zyng MPSoC相比，能够提供2倍的视频处理能力，每路视频流占板面积缩小35%。
 
总之，第二代Versal系列产品面向AI驱动型及经典嵌入式系统的中央计算。
 

已应用于汽车视觉系统等

 
在基于摄像头的3D感知视觉案例中，我们可以看到数据预处理完成后被传输到AI引擎，利用3D模型比如BEVFormer俯瞰视觉模型进行处理，再到应用处理单元进行行为模式的规划或实时传感。
 
目前第二代Versal AI Edge系列产品已经应用于汽车厂商斯巴鲁的EyeSight视觉系统，可以支持碰撞前制动、车道偏离预警、自适应巡航控制和车道保持辅助。
 
第二代Versal AI Edge系列产品能够支持先进的数据类型、确保处理的低时延、高吞吐量以及高精度，还支持ISO26262功能安全等。利用可编程逻辑的灵活性，斯巴鲁的下一代EyeSight系统可以实时修改摄像头的传感器参数，从而助力斯巴鲁强化车辆的安全性，并力争实现2030年没有致命道路事故的安全目标。
 

 
据悉，客户现在就可以采用第一代评估板和设计工具展开设计。第二代Versal AI Edge系列和第二代Versal Prime系列产品的芯片样片将于2025年上半年发布，评估套件和系统模块将于2025年年中推出，量产芯片将于2025年末面世。
 
小结：
 
以汽车领域来看，汽车电子电气架构的演进突显了中央计算平台的重要性。当前业内不少企业也推出了车载中央计算芯片，不过相比之下，AMD第二代Versal AI Edge系列产品，是一颗芯片覆盖了预处理、AI推理以及后处理这三个阶段，AMD也是全球少数几家拥有预处理可编程逻辑能力的公司，从而能够把可编程逻辑的优势去融合到一个芯片当中。
 
Manuel Uhm表示，AMD第二代Versal自适应SoC平台的设计考虑到未来五年的需求恐将飞速变化，具有较好的灵活性和伸缩性，提供广泛的性能和算力支持，如此才能应对不断变化的市场应用。