同频共振:AMD与FPGA相伴发展的40年

今年是首款商用FPGA诞生40周年。40年来,FPGA带来了可重编程硬件的概念,改变了半导体设计的面貌。

40周年前的1985年6月,名为XC2064 FPGA的首款FPGA问世,开启了整个半导体设计的新篇章;包括赛灵思、Altera、Lattice、Microchip在内,许多公司紧紧地跟随这个风潮,推进FPGA快速发展。

FPGA是知名度远不如GPU和CPU,同时也是世界非常重要的但最不为人知的一项技术。该技术嵌入在各种各样不同的应用中,是助力各种各样不同类型的应用和创新的不可或缺的重要技术。目前,FPGA市场CAGR每年以7%到9%速度增长,成为业界亮眼的领域。

《同频共振:AMD与FPGA相伴发展的40年》

“从非常简单的LUT查找表和逻辑块出发,到嵌入式的处理能力、高速的收发器、硬IP等都已经在FPGA领域得到了实现。”职业生涯中深度参与FPGA相关工作的AMD产品、软件和解决方案公司副总裁Kirk Saban先生回顾说,FPGA胜任大量高性能相关的复杂任务。

不断演进以适应更广泛的用户群体

在过去40年中,FPGA开发工具持续保持演进以适应从硬件工程师到软件开发者在内的的更广泛的用户群体。

早期的FPGA主要采用SRAM编程技术,通过查找表(LUT)实现组合逻辑功能。随着工艺的进步,FPGA开始集成嵌入式存储块和时钟管理模块,使其在通信等核心领域的应用成为可能‌。进入新世纪后,FPGA开始向系统级芯片(SoC)演进,集成硬核处理器、支持高速串行接口和数字信号处理模块,使其在视频处理、无线通信等领域大放异彩‌。现代FPGA已演变为异构计算平台,支持AI引擎、采用先进封装技术,支持高层次综合(HLS)开发,并提供完整的软件开发工具链‌。

AMD在2012年发布了集成设计环境的Vivado工具,聚焦于那些编写RTL的硬件开发人员,另一款开发套件(SDK)Vitis,则可帮助传统FPGA开发人员基于Vivado来进行软件开发,无论是写嵌入式的C代码还是HLS代码,都能够很好地进行编译以满足需求。

面向AI市场,Vitis AI工具聚焦于与AMD CPU和GPU软件的结合,在一个一体化的AI软件框架之下进行开发,更好地助力客户在AMD的硬件上训练其模型并从推理的角度进行部署。

这些工具形成了很大的合力。特别是Vitis,因为侧重辅助软件工程师,表现得更加突出。

FPGA开发工具和流程的复杂性在一定程度上影响了其在边缘智能领域的普及速度。AMD一直都在加大投入,提升其对于开发人员的易用性,降低开发门槛、提高开发效率。

AI应用,为FPGA带来新机遇

FPGA在边缘以及AI的应用方面都具有非常强的能力,尤其是对时延要求、面向实时处理的领域,更适合FPGA。另外,FPGA的自适应性很强,不同的尺寸、不同的功耗、不同的价格以及不同性能的需求都可以得到良好地满足和实现,为重要的基础设施的AI应用提供支持。

AMD一直都在尽最大的努力来开发恰当的AI编译器技术来应用于FPGA中。与此同时也试图在AI软件等方面推出相应的解决方案,助力客户能够利用FPGA的能力。

针对小语言模型(SLM)和多模态AI模型越来越多出现在边缘侧设备上,AMD正试图来打造一个一体化的软件框架,在这样的框架中,客户可以在AMD的硬件上来训练他们的模型、进行和推理相关的部署。在这个过程中,把合适的神经网络处理器部署在器件上非常重要。AMD Versal系列产品以提供了极大的灵活性,确保以合适的NPU与想要部署的任何类型的模型来进行匹配。

AMD以非常独特和关键的定位与多个不同的计算方式来辅助客户来解决所有的问题:既包括面向企业级应用与消费级应用的CPU和GPU,也提供嵌入式的处理器如Zynq 7000和Zyng MPSoC这样的产品线,以及包括Spartan UltraScale+、Spartan 7、Artix 7以及Artix UltraScale+等在内的FPGA解决方案,以最适合需求的一种或多种计算性能的芯片来解决客户面临的所有挑战。

可以说,AI浪潮的兴起,对于计算方面的性能需求达到了新的高度,既为FPGA注入了新的生命力,也促进了半导体行业的发展。

服务广泛的行业市场需求

随着边缘AI和5G的普及,FPGA在汽车、机器人和AI领域的发展十分迅速。

现代化的智能汽车就像轮子上安装的电脑,依靠一系列的电子元器件来提供支持,FPGA在这些领域的作用覆盖了从ADAS、自动驾驶乃至车载娱乐系统等多个领域。

FPGA还具备可编程的I/O等其他的一些能力,帮助客户来实现需求,并进行定制化的开发。大量传感器、摄像头等一类设备的存在,通常情况下这些边缘侧的应用与AI形影相随。因此,上述场景都是FPGA技术都是非常广泛地发挥价值的所在。

从边缘到端侧,自动化、自主性在不断地提升,越来越多的自动驾驶汽车、自动驾驶无人机以及人形机器人等,都为AMD的FPGA的技术和能力提供了表现的舞台。

“对于FPGA来说,我们在未来会看到更多在边缘侧的用例。”Kirk Saban说。

支持并扩充FPGA软件生态系统

AMD一直都是开源社区非常重要的贡献者,极大地帮助开发人员加快开发时间。

大力地支持和倡导开源的工具以及相应的软件,是AMD非常独特的优势。在嵌入式的系统软件以及FPGA中,AMD不仅大力倡导开源性,同时还加强与Yocto等伙伴之间的合作,为开发人员提供极具鲁棒性的世界级软件。

AMD关于AI的软件生态系统也在通过一系列举措并来打磨和增强,例如和Mipsology的并购。通过充分地释放AMD在硬件领域潜能,帮助自身和客户更好地进行嵌入式AI应用的开发。

以客户需求为导向,优化FPGA的开发路线图

AMD一直非常急切地聆听客户的声音,尤其是他们在未来市场发展方面的需求。AMD的产品组合里也结合各种方式来满足客户的需求。与此同时,AMD也建立了多种不同类型的以边缘为基础的SoC,应对变化的客户的市场需求以及未来的预期。AMD将继续在FPGA方面不断地开发和演进,尤其是在以边缘为基础的SoC的产品方面,以满足客户不同的需要。

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