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Xilinx presenta los SoC Versal AI Edge







Xilinx anunció un SoC «Versal AI Edge» sin cabeza de 7nm que ejecuta Linux en dos núcleos Cortex-A7 de 1.76GHz y dos núcleos Cortex-R5F de 750MHz, FPGA flexible – «Motores adaptables» similares hasta 520K LUTS y «AI Engine» tiene – ML ”núcleos hasta 479 TOPS.

Xilinx, que pronto será adquirida por AMD, anunció su familia de procesadores Versal ACAP de 7 nm en octubre de 2018, y un año después se dieron más detalles sobre el soporte de inteligencia artificial de la plataforma. Desde entonces, las series Versal Prime y Versal AI Core orientadas al centro de datos han entrado en producción y Versal Premium ha comenzado a muestrear. Ahora Xilinx ha avanzado con su último ACAP. La serie Versal AI Edge es la sucesora directa de la anterior Zynq UltraScale + MPSoC para computadoras integradas controladas por Linux.


Ventaja de IA versátil

La serie Versal AI Edge de 7 nm, que está programada para entrar en producción a principios de 2022, comprende siete modelos diferentes desde el VE2002 al VE2802. Al igual que con UltraScale +, el bloque «Scalar Engine» de los núcleos Arm Cortex-A y Cortex-R es el mismo para todos los modelos, en este caso con 2x núcleos Cortex-A72 con hasta 1,76 GHz que se ejecutan en Linux, y 2x con núcleos en tiempo real Cortex-R5F de hasta 750 MHz para control RTOS. (En contraste, el UltraScale + tiene 4 núcleos de 1.2GHz-A53 y 2x 600MHz Cortex-R5). La principal diferencia aquí es la falta de una GPU Arm Mali.

Dependiendo del modelo, los SoC Versal AI Edge ofrecen diferentes niveles de núcleos lógicos programables, incluidos núcleos de motor adaptativo tipo FPGA diseñados para la integración de sensores. También hay una cantidad muy diferente de motores inteligentes, una matriz en mosaico de elementos de procesamiento VLIW y SIMD que incluyen bloques DSP y núcleos AI Engine y AI Engine ML similares a NPU.

Las aplicaciones Versal AI Edge incluyen conducción automatizada “con la más alta seguridad funcional”, robots y drones colaborativos, sistemas predictivos de fábrica y salud, y cargas útiles de múltiples misiones para los mercados aeroespacial y de defensa, dice Xilinx. La plataforma admite cargas de trabajo de procesamiento de señales avanzadas para visión, radar, LiDAR y radio definida por software y permite aplicaciones como cámaras de imágenes, dispositivos médicos como máquinas de ultrasonido y diversas aplicaciones industriales.



Versal AI Edge simplificado (izquierda) y diagramas de bloques detallados
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Según Xilinx, los SoC Versal AI Edge ofrecen una densidad de cálculo diez veces mayor en comparación con el Zynq UltraScale + de 16 nm y un rendimiento de IA hasta cuatro veces mayor por vatio en comparación con el módulo Jetson AGX Xavier de Nvidia. (El AGX Xavier tiene 8 núcleos ARMv8.2 de 2,26 GHz y una GPU Nvidia Volta de 512 núcleos a 1,37 GHz con 64 núcleos tensores que admiten un rendimiento de hasta 22 TOPS INT8).

El rendimiento general de la IA para INT4 varía de 14 TOPS a 479 TOPS y para INT8 de 7 TOPS a 228 TOPS, afirma Xilinx. Los núcleos de AI Engine ML ofrecen cuatro veces la computación de aprendizaje automático «en comparación con la arquitectura AI Engine anterior». Esto parece referirse a Xilinx AI Platform y Xilinx Vitis AI Stack disponibles en UltraScale +.

Xilinx AI Platform es un backport parcial de AI Engine-ML disponible en Versal ACAP (Adaptive Compute Acceleration Platform), los cuales se basan en la tecnología de inteligencia artificial de baja latencia que Xilinx adquirió al comprar la tecnología DeepPhi en 2018 y tiene una red neuronal “La tecnología central tiene tecnología de poda CNN y algoritmo de compresión profunda para reducir el tamaño de los algoritmos de IA para aplicaciones de borde.



Especificaciones clave de IA, FPGA y memoria para 7 modelos Versal AI Edge
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Los motores adaptables son una versión más flexible de la lógica FPGA programable que distingue a los SoC de Xilinx de la mayoría de los demás chips ARM. Los núcleos permiten 44K a 1,129K celdas lógicas y 20K a 512K LUT, según el modelo

Aunque esto corresponde aproximadamente a la gama FPGA de los modelos UltraScale + EG, aquí están sucediendo más cosas de las que sugieren las especificaciones. Los motores adaptables implementan y adaptan algoritmos de fusión de sensores y aceleran el procesamiento de datos previo y posterior en todo el proceso. También permiten la interconexión determinista y el control de motores para reacciones en tiempo real y aíslan funciones críticas para la seguridad para un funcionamiento a prueba de fallas. Se admiten redundancias de hardware y seguridad ante fallos.



Especificaciones de Versal AI Edge
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Los dispositivos Versal AI Edge admiten múltiples estándares de seguridad en los mercados industrial (IEC 61508), aviónica (DO-254/178) y automotriz (ISO 26262), por lo que los proveedores cumplen con los niveles de integridad de hardware aleatorio ASIL C y ASIL D de integridad sistemática. Estas funciones de seguridad funcional se implementan principalmente a través de los núcleos Cortex-R5F.

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Además de los núcleos Cortex A72 y R5F, otras funciones del motor escalar incluyen un controlador de gestión de plataforma (PMC) basado en un «procesador triple redundante». El PMC administra las operaciones del dispositivo, incluido el lanzamiento de la plataforma, la administración avanzada de energía y térmica, la seguridad y la confiabilidad. Las funciones de seguridad incluyen raíz de confianza de hardware con motores de cifrado, protección contra ataques y seguridad en tiempo de ejecución.

El bloque Scalar Engine también contiene 256 KB de caché de memoria en chip (OCM) con soporte ECC. Además, los cuatro modelos de gama baja tienen 4 MB (32 MB) de RAM de acelerador, que «es accesible para todos los motores de cálculo y ayuda a eliminar la necesidad de memoria externa para funciones informáticas críticas como la inferencia de IA», dice Xilinx. La RAM del acelerador también puede manejar el desbordamiento del código crítico de seguridad del OCM.

Una razón por la que los tres modelos de gama alta carecen de RAM aceleradora es porque admiten mucha más RAM DDR4 o LPDDR-4266 externa hasta 263 MB (aproximadamente 32 MB). Los mismos modelos son los únicos que ofrecen CCIX y PCIe con DMA (CPM) y los únicos que ofrecen 4 carriles PCIe Gen4.

Los tres modelos de gama alta también admiten muchos más puertos NoC y tienen 2 MAC de Ethernet de velocidad múltiple de 40 GbE en comparación con uno o ninguno para el otro. También entregan de 32 a 44 transceptores a hasta 32,75 Gbps en comparación con 8x o ninguno en las partes inferiores. Otros periféricos incluyen soporte nativo MIPI-CSI para sensores de visión de hasta 8 megapíxeles.

Las herramientas de software Versal AI Edge incluyen Linux y RTOS BSP, así como herramientas de diseño Vivado para desarrolladores de hardware. Los desarrolladores de software también tienen acceso a la plataforma uniforme Vitis, Vitis AI, frameworks como TensorFlow o PyTorch y varias bibliotecas de aceleración.

Información Adicional

La documentación y el soporte de diseño de la serie Versal AI Edge ahora están disponibles para los clientes de Early Access. Se esperan entregas en el primer semestre de 2022. Los modelos futuros incluirán modelos específicos para las industrias automotriz y de defensa. Visite el anuncio y la página del producto de Xilinx para obtener más información.

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