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FPGA開啟下一個AI應用創新時代
強化AI算力

【作者: 王岫晨】   2024年05月27日 星期一

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邊緣運算主要包含以下四個部分,低延遲、AI算力、低功耗以及安全和保密,這四者是邊緣自主非常重要的組成部分,也是邊緣區別於工業和IoT的一個主要特點,也就是用運算資源來支持邊緣的自主,使它能夠獨立於雲端。


這些邊緣的應用非常重要,藉由微型化,可以加強AI算力,能夠支持對功耗和熱都有非常高要求的應用,主要的應用案例包括了智慧視覺、無人機、協作機器人ADAS與自動駕駛,另外還有醫學成像,包括內窺鏡和超聲波等。


另外,現今越來越多的應用都開始得到了AI的支援,而且有很多形式的AI可能都是之前沒有想到的,比如說無人機的導航和目標追蹤,機器人和工人在工廠進行協作,還有半自動到全自動的駕駛,AI在醫學的應用,包括參與醫學的診斷和分析,可以說現在AI的應用隨處可見,而今天一般人普遍關注的仍偏重在汽車和工業領域等應用。


將異質架構帶到邊緣


圖一 : AMD第2代Versal AI Edge和Versal Prime自行調適SoC
圖一 : AMD第2代Versal AI Edge和Versal Prime自行調適SoC

賽靈思(Xilinx)在邊緣AI應用發展方面推出了Versal AI Edge系列產品。賽靈思於2018年首次引入Versal ACAP(自適應運算加速平台),並先後推出了Versal Core和Prime系列,主要應用於雲端和網路領域。隨後推出的Versal Premium則針對高階的雲端和網路應用。


這一技術路線表明,先發展強大的雲端和網路基礎設施是至關重要的,這樣才能將這些異構架構技術帶到邊緣。如今,賽靈思利用這些異構架構推出了新一代的Versal AI Edge系列產品,這是一種微型化的ACAP,專門設計用於邊緣運算環境。


在邊緣應用中,單位功耗性能尤為重要。這是因為邊緣設備通常受到嚴格的熱和功耗限制,但同時還需要實現高性能。Versal AI Edge系列產品在這方面進行了優化,能夠在功耗受限的情況下提供更好的效能。目前,AMD推出第2代Versal AI Edge系列和第2代Versal Prime系列自行調適SoC,其將預先處理、AI推論與後處理整合在單一元件中,能夠為AI驅動型嵌入式系統提供端對端加速。


第2代Versal系列產品組合具備強大的AI引擎,相較第1代Versal AI Edge系列元件提供至高3倍的每瓦TOPS效能提升,同時整合Arm CPU預計可提供相較第1代Versal AI Edge和Versal Prime系列元件至高10倍的標量算力提升。


AMD資深副總裁暨自行調適與嵌入式運算事業群總經理Salil Raje表示,對AI嵌入式應用的需求正以爆炸式成長,並帶動可在嵌入式系統的功耗和占板面積限制內實現最高效端對端加速的單晶片解決方案需求。這些新一代Versal元件將多個運算引擎整合在單一架構上,提供高運算效率與效能以及從低端到高端的可擴展性。


第2代Versal系列元件平衡效能、功耗、占板面積以及先進的功能安全與資訊安全,其提供的新功能與特色為汽車、航太與國防、工業、視覺、醫療、廣播與專業影音市場設計高效能邊緣最佳化型產品。


FPGA內建AI功能

英特爾在推動AI應用的道路上,強調FPGA技術的重要性,日前正式成立獨立的FPGA公司Altera。此舉旨在把握超過550億美元的市場機會,並確保英特爾在AI和其他關鍵應用領域的地位。


FPGA技術對於AI應用至關重要,因其獨特的可程式化特性和高性能使其能夠靈活應對多樣化的需求。Altera的策略包括增加產品類型,特別是內建AI功能的FPGA,這些產品能夠幫助客戶解決日益複雜的技術挑戰。



圖二 : Intel Agilex產品組合包含協助開發者功能升級
圖二 : Intel Agilex產品組合包含協助開發者功能升級

隨著AI技術的迅速崛起,各行各業面臨新的複雜性和機會。Altera透過提供易於使用的AI和可程式化解決方案,使客戶能夠應對這些挑戰,從而在競爭中脫穎而出。FPGA的靈活性允許其在通訊、雲端、資料中心、嵌入式裝置、工業、車用和軍用航空等廣泛應用中發揮關鍵作用。


英特爾進一步擴展其FPGA產品組合,包括Agilex系列,這些產品不僅提高了性能和效率,還整合了AI功能,滿足雲端、網路和邊緣應用的需求。例如,Agilex 5是首款內建AI的FPGA,專為嵌入式和邊緣應用設計,提升每瓦效能,使其成為邊緣AI應用的理想選擇。


透過強化Quartus Prime軟體和整合AI功能,英特爾的FPGA產品能夠基於標準框架(如TensorFlow、PyTorch)生成最佳化IP,這不僅加速了AI應用的開發,還提供了靈活且高效的解決方案。這些解決方案能夠無縫整合關鍵的AI推論功能,並有效應對不斷變化的市場需求,如6G無線、PCI Express和乙太網路等協定。


英特爾的承諾和持續投資表明,FPGA在其產品組合中扮演著不可或缺的角色。FPGA提供的靈活和客製化平台,能夠解決從雲端到邊緣的各種AI應用挑戰,並推動技術創新和市場發展。這使得英特爾在快速變化的AI領域中保持競爭優勢,並為客戶提供低總擁有成本(TCO)和完整的解決方案。


支援高頻寬和安全性


圖三 : 萊迪思Avant-G和Avant-X系列FPGA產品
圖三 : 萊迪思Avant-G和Avant-X系列FPGA產品

萊迪思半導體(Lattice)不斷擴展其FPGA產品組合,以滿足AI應用的快速成長需求。FPGA技術在AI發展中的重要性不可忽視,它提供了高度靈活、低功耗和高性能的解決方案,適應了當今迅速變化的技術環境。


FPGA在AI應用中的重要性展現在其可編程性和高效能上。FPGA可以根據不同的應用需求進行配置,這種靈活性使其能夠快速適應新算法和技術,滿足AI領域的多樣化需求。尤其在嵌入式視覺、安全和工廠自動化等領域,FPGA的高效能和低功耗特性使其成為理想的選擇。


萊迪思推出的Avant-G和Avant-X系列FPGA,基於其Avant平台,針對中階應用市場,提供了無縫、靈活的介面橋接和優化的運算能力,滿足通訊、運算、工業和汽車市場的需求。這些FPGA不僅支援高頻寬和安全性,還提供了訊號處理和AI功能,進一步推動了AI技術的發展。


此外,萊迪思還更新了其針對AI的sensAI解決方案集合,增加了加速器引擎以提升效能,擴展了IP和參考設計,並增加了新的安全功能。這些更新不僅加快了AI應用的開發速度,還提高了其市場競爭力。透過這些創新,萊迪思幫助客戶以更好的能源使用效率和效能加速設計,開啟了AI應用的下一個創新時代。


萊迪思的軟體工具,如最新版本的Propel和Radiant設計軟體,也在不斷提升,增加了對Avant-G和Avant-X FPGA元件的支援,優化了設計流程。這些工具使得開發者能夠更輕鬆地設計和部署FPGA解決方案,進一步加速了AI技術的應用和普及。


結語

FPGA高度靈活、低功耗、高性能的特性,使其成為AI應用的理想選擇。FPGA能夠根據不同的需求進行配置,迅速適應新算法和技術,為嵌入式視覺、安全、工廠自動化等領域提供了強大的支持。無論是Intel的Altera還是萊迪思,這些半導體公司都在不斷擴展和創新其FPGA產品組合,以應對AI應用的多樣化和快速成長的需求。


隨著AI技術的不斷進步和應用場景的日益多元化,FPGA的靈活性和高效能將變得更加重要。未來,FPGA將在支持邊緣計算、提高系統安全性、優化運算能力以及降低功耗方面發揮更大作用。透過持續的技術創新和產品升級,FPGA將推動AI技術的深入應用,助力各行各業實現智能化轉型,開啟更加智能、高效的未來。


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