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FPGA开启下一个AI应用创新时代
强化AI算力

【作者: 王岫晨】2024年05月27日 星期一

浏览人次:【843】

边缘运算主要包含以下四个部分,低延迟、AI算力、低功耗以及安全和保密,这四者是边缘自主非常重要的组成部分,也是边缘区别於工业和IoT的一个主要特点,也就是用运算资源来支持边缘的自主,使它能够独立於云端。


这些边缘的应用非常重要,藉由微型化,可以加强AI算力,能够支持对功耗和热都有非常高要求的应用,主要的应用案例包括了智慧视觉、无人机、协作机器人ADAS与自动驾驶,另外还有医学成像,包括内窥镜和超声波等。


另外,现今越来越多的应用都开始得到了AI的支援,而且有很多形式的AI可能都是之前没有想到的,比如说无人机的导航和目标追踪,机器人和工人在工厂进行协作,还有半自动到全自动的驾驶,AI在医学的应用,包括叁与医学的诊断和分析,可以说现在AI的应用随处可见,而今天一般人普遍关注的仍偏重在汽车和工业领域等应用。


将异质架构带到边缘


图一 : AMD第2代Versal AI Edge和Versal Prime自行调适SoC
图一 : AMD第2代Versal AI Edge和Versal Prime自行调适SoC

赛灵思(Xilinx)在边缘AI应用发展方面推出了Versal AI Edge系列产品。赛灵思於2018年首次引入Versal ACAP(自适应运算加速平台),并先後推出了Versal Core和Prime系列,主要应用於云端和网路领域。随後推出的Versal Premium则针对高阶的云端和网路应用。


这一技术路线表明,先发展强大的云端和网路基础设施是至关重要的,这样才能将这些异构架构技术带到边缘。如今,赛灵思利用这些异构架构推出了新一代的Versal AI Edge系列产品,这是一种微型化的ACAP,专门设计用於边缘运算环境。


在边缘应用中,单位功耗性能尤为重要。这是因为边缘设备通常受到严格的热和功耗限制,但同时还需要实现高性能。Versal AI Edge系列产品在这方面进行了优化,能够在功耗受限的情况下提供更好的效能。目前,AMD推出第2代Versal AI Edge系列和第2代Versal Prime系列自行调适SoC,其将预先处理、AI推论与後处理整合在单一元件中,能够为AI驱动型嵌入式系统提供端对端加速。


第2代Versal系列产品组合具备强大的AI引擎,相较第1代Versal AI Edge系列元件提供至高3倍的每瓦TOPS效能提升,同时整合Arm CPU预计可提供相较第1代Versal AI Edge和Versal Prime系列元件至高10倍的标量算力提升。


AMD资深??总裁暨自行调适与嵌入式运算事业群总经理Salil Raje表示,对AI嵌入式应用的需求正以爆炸式成长,并带动可在嵌入式系统的功耗和占板面积限制内实现最高效端对端加速的单晶片解决方案需求。这些新一代Versal元件将多个运算引擎整合在单一架构上,提供高运算效率与效能以及从低端到高端的可扩展性。


第2代Versal系列元件平衡效能、功耗、占板面积以及先进的功能安全与资讯安全,其提供的新功能与特色为汽车、航太与国防、工业、视觉、医疗、广播与专业影音市场设计高效能边缘最隹化型产品。


FPGA内建AI功能

英特尔在推动AI应用的道路上,强调FPGA技术的重要性,日前正式成立独立的FPGA公司Altera。此举旨在把握超过550亿美元的市场机会,并确保英特尔在AI和其他关键应用领域的地位。


FPGA技术对於AI应用至关重要,因其独特的可程式化特性和高性能使其能够灵活应对多样化的需求。Altera的策略包括增加产品类型,特别是内建AI功能的FPGA,这些产品能够帮助客户解决日益复杂的技术挑战。



图二 : Intel Agilex产品组合包含协助开发者功能升级
图二 : Intel Agilex产品组合包含协助开发者功能升级

随着AI技术的迅速崛起,各行各业面临新的复杂性和机会。Altera透过提供易於使用的AI和可程式化解决方案,使客户能够应对这些挑战,从而在竞争中脱颖而出。FPGA的灵活性允许其在通讯、云端、资料中心、嵌入式装置、工业、车用和军用航空等广泛应用中发挥关键作用。


英特尔进一步扩展其FPGA产品组合,包括Agilex系列,这些产品不仅提高了性能和效率,还整合了AI功能,满足云端、网路和边缘应用的需求。例如,Agilex 5是首款内建AI的FPGA,专为嵌入式和边缘应用设计,提升每瓦效能,使其成为边缘AI应用的理想选择。


透过强化Quartus Prime软体和整合AI功能,英特尔的FPGA产品能够基於标准框架(如TensorFlow、PyTorch)生成最隹化IP,这不仅加速了AI应用的开发,还提供了灵活且高效的解决方案。这些解决方案能够无缝整合关键的AI推论功能,并有效应对不断变化的市场需求,如6G无线、PCI Express和乙太网路等协定。


英特尔的承诺和持续投资表明,FPGA在其产品组合中扮演着不可或缺的角色。FPGA提供的灵活和客制化平台,能够解决从云端到边缘的各种AI应用挑战,并推动技术创新和市场发展。这使得英特尔在快速变化的AI领域中保持竞争优势,并为客户提供低总拥有成本(TCO)和完整的解决方案。


支援高频宽和安全性


图三 : 莱迪思Avant-G和Avant-X系列FPGA产品
图三 : 莱迪思Avant-G和Avant-X系列FPGA产品

莱迪思半导体(Lattice)不断扩展其FPGA产品组合,以满足AI应用的快速成长需求。FPGA技术在AI发展中的重要性不可忽视,它提供了高度灵活、低功耗和高性能的解决方案,适应了当今迅速变化的技术环境。


FPGA在AI应用中的重要性展现在其可编程性和高效能上。FPGA可以根据不同的应用需求进行配置,这种灵活性使其能够快速适应新算法和技术,满足AI领域的多样化需求。尤其在嵌入式视觉、安全和工厂自动化等领域,FPGA的高效能和低功耗特性使其成为理想的选择。


莱迪思推出的Avant-G和Avant-X系列FPGA,基於其Avant平台,针对中阶应用市场,提供了无缝、灵活的介面桥接和优化的运算能力,满足通讯、运算、工业和汽车市场的需求。这些FPGA不仅支援高频宽和安全性,还提供了讯号处理和AI功能,进一步推动了AI技术的发展。


此外,莱迪思还更新了其针对AI的sensAI解决方案集合,增加了加速器引擎以提升效能,扩展了IP和叁考设计,并增加了新的安全功能。这些更新不仅加快了AI应用的开发速度,还提高了其市场竞争力。透过这些创新,莱迪思帮助客户以更好的能源使用效率和效能加速设计,开启了AI应用的下一个创新时代。


莱迪思的软体工具,如最新版本的Propel和Radiant设计软体,也在不断提升,增加了对Avant-G和Avant-X FPGA元件的支援,优化了设计流程。这些工具使得开发者能够更轻松地设计和部署FPGA解决方案,进一步加速了AI技术的应用和普及。


结语

FPGA高度灵活、低功耗、高性能的特性,使其成为AI应用的理想选择。FPGA能够根据不同的需求进行配置,迅速适应新算法和技术,为嵌入式视觉、安全、工厂自动化等领域提供了强大的支持。无论是Intel的Altera还是莱迪思,这些半导体公司都在不断扩展和创新其FPGA产品组合,以应对AI应用的多样化和快速成长的需求。


随着AI技术的不断进步和应用场景的日益多元化,FPGA的灵活性和高效能将变得更加重要。未来,FPGA将在支持边缘计算、提高系统安全性、优化运算能力以及降低功耗方面发挥更大作用。透过持续的技术创新和产品升级,FPGA将推动AI技术的深入应用,助力各行各业实现智能化转型,开启更加智能、高效的未来。


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