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AMD技術(shù)賦能西門(mén)子FPGA原型設(shè)計(jì)解決方案

Xilinx賽靈思官微 ? 來(lái)源:Xilinx賽靈思官微 ? 2025-02-27 11:48 ? 次閱讀
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實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心、實(shí)驗(yàn)室以及便攜式/移動(dòng)環(huán)境下的快速性能原型設(shè)計(jì)

西門(mén)子的 Veloce proFPGA CS 是一款針對(duì)軟件驗(yàn)證和軟硬件系統(tǒng)集成優(yōu)化的原型系統(tǒng)。它是一款基于 FPGA 的邏輯功能驗(yàn)證級(jí)工具。

軟件驗(yàn)證過(guò)程通過(guò)模擬集成電路( IC )在不同輸入條件下的行為來(lái)測(cè)試和驗(yàn)證其設(shè)計(jì)功能,以確保其按預(yù)期執(zhí)行。該平臺(tái)高度靈活且經(jīng)濟(jì)實(shí)惠,支持幾乎所有設(shè)計(jì)規(guī)模,從單個(gè) FPGA 到多個(gè) FPGA、多刀片配置,甚至是最大型的設(shè)計(jì)。工程師需要驗(yàn)證 SoC 的邏輯功能,他們通過(guò)在周期準(zhǔn)確的環(huán)境下運(yùn)行軟件工作負(fù)載(通常帶有操作系統(tǒng))來(lái)實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。

RTL 設(shè)計(jì)仿真和基于 FPGA 的大規(guī)模原型設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn) SoC、軟件以及系統(tǒng)驗(yàn)證與確認(rèn)的有力工具。仿真可以很容易地將 RTL 編譯為可執(zhí)行模型,并具有全信號(hào)可觀測(cè)性,是 RTL 設(shè)計(jì)與驗(yàn)證中不可或缺的工具?;?FPGA 的大規(guī)模原型設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)更高的執(zhí)行速度,但靈活性會(huì)受到限制,這對(duì)于必須根據(jù) RTL 設(shè)計(jì)驗(yàn)證代碼的軟件團(tuán)隊(duì)至關(guān)重要。它們共同為全系統(tǒng)的驗(yàn)證與確認(rèn)提供了強(qiáng)大助力。

項(xiàng)目挑戰(zhàn)

如今,芯片設(shè)計(jì)的尺寸和復(fù)雜性由人工智能AI )推動(dòng)——用于訓(xùn)練和執(zhí)行生成式 AI 模型、為智能車(chē)輛提供支持以及進(jìn)行通用智能研究。尖端 IC 工藝、多芯片模塊和小芯片推動(dòng)了芯片尺寸的增大。對(duì)于芯片廠商而言,產(chǎn)品就是芯片。只要芯片符合其數(shù)據(jù)表,那它就是準(zhǔn)確的。而對(duì)于系統(tǒng)廠商而言,產(chǎn)品則是其主板上的芯片,運(yùn)行從驅(qū)動(dòng)程序和操作系統(tǒng)到應(yīng)用的整個(gè)軟件堆棧。他們必須測(cè)試的是整個(gè)集成系統(tǒng),而不僅僅是 RTL 的各個(gè)模塊。因此,由于數(shù)據(jù)中心 CPUGPU、移動(dòng)平臺(tái)以及 AI 加速器等關(guān)鍵應(yīng)用需求的激增,IC 設(shè)計(jì)的規(guī)模大幅增加。在后一種情況下,對(duì)生成式 AI 模型的訓(xùn)練需求激增加之通用 AI 研究的開(kāi)始,展示出對(duì)硬件資源的無(wú)盡需求。

西門(mén)子原型設(shè)計(jì)產(chǎn)品戰(zhàn)略總監(jiān) Juergen Jaeger 表示:“SoC 驗(yàn)證與確認(rèn)項(xiàng)目通常從 RTL 設(shè)計(jì)的硬件部分驗(yàn)證開(kāi)始。在許多情況下,工程師會(huì)對(duì)非常早期的 RTL 設(shè)計(jì)進(jìn)行軟件模擬,包括所有組合在一起的各種系統(tǒng)組件。在某個(gè)階段,模擬器的運(yùn)行速度不夠快,客戶便會(huì)轉(zhuǎn)而采用仿真器,這使他們能夠以比模擬高得多的性能水平驗(yàn)證 RTL 設(shè)計(jì)。然后,當(dāng) RTL 設(shè)計(jì)足夠穩(wěn)定、不會(huì)每天發(fā)生變化時(shí),就需要開(kāi)始在其上運(yùn)行軟件工作負(fù)載。此時(shí)客戶往往會(huì)轉(zhuǎn)向基于 FPGA 的原型平臺(tái)。它能實(shí)現(xiàn)較之仿真更高的的性能,同時(shí)也會(huì)能承載更多的軟件工作負(fù)載,如固件、操作系統(tǒng),有時(shí)還有應(yīng)用軟件?!?/p>

解決方案

西門(mén)子很早就開(kāi)始與 AMD 開(kāi)展合作,首先獲得了 AMD Versal Premium VP1902 器件的規(guī)格,而后開(kāi)始開(kāi)發(fā)新款 proFPGA CS 平臺(tái)的硬件和軟件。接下來(lái)是獲取機(jī)械樣品,以便西門(mén)子團(tuán)隊(duì)可以對(duì)其制造流程進(jìn)行微調(diào)。AMD Versal Premium VP1902 是一款大型器件,底層擁有數(shù)千個(gè)引腳。不久之后,雙方團(tuán)隊(duì)開(kāi)始在軟件方面進(jìn)行合作,具體而言是西門(mén)子編譯和綜合工具與用于布局布線的 AMD Vivado 堆棧之間的接口。第三個(gè)合作領(lǐng)域是在調(diào)試方面,AMD Versal Premium VP1902 自適應(yīng) SoC 提供了以下功能:a)在系統(tǒng)邏輯單元數(shù)量方面,其容量至高可達(dá)前代 AMD Virtex Ultrascale+ VU19P FPGA 的 2 倍1;b)與前代 Virtex Ultrascale+ VU19P FPGA 相比,總 I/O 帶寬至高可達(dá) 2 倍2。

Veloce proFPGA CS 軟件原型設(shè)計(jì)平臺(tái)是一款高性能且完全可配置的系統(tǒng),設(shè)計(jì)人員能夠在芯片可用之前通過(guò)大量軟件工作負(fù)載驗(yàn)證軟硬件集成。該平臺(tái)旨在提供最先進(jìn)的模塊化、可擴(kuò)展性、靈活性和可移植性,以滿足當(dāng)今硬件和軟件工程師的驗(yàn)證需求。Jaeger 表示:“這款 FPGA 原型設(shè)計(jì)解決方案由 AMD Versal Premium VP1902 自適應(yīng) SoC 提供支持,易于部署,使設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)能夠快速進(jìn)行 IC 和軟件的硅前驗(yàn)證?!?/p>

Versal Premium VP1902 自適應(yīng) SoC 在 Versal 產(chǎn)品組合中提供了最高的邏輯容量、互連和外部存儲(chǔ)器帶寬3。Versal Premium VP1902器件擁有超過(guò) 1850 萬(wàn)個(gè)邏輯單元、超過(guò) 2000 個(gè) I/O 以及至多 160 個(gè)高速收發(fā)器,最高運(yùn)行速率可達(dá) 112 Gbps,專(zhuān)為挑戰(zhàn)工程極限的應(yīng)用而設(shè)計(jì)。VP1902 基于業(yè)經(jīng)驗(yàn)證的 Versal 架構(gòu)進(jìn)行構(gòu)建,不僅提供了領(lǐng)先的邏輯資源,還集成了 Arm 標(biāo)量處理器、用于 PCIe Gen5、以太網(wǎng)和內(nèi)存接口的硬化 IP,所有這些均通過(guò) Versal 可編程片上網(wǎng)絡(luò)( NoC )整合在一起,從而簡(jiǎn)化了大型設(shè)備中的數(shù)據(jù)移動(dòng)。

Jaeger 解釋道:“Veloce proFPGA CS 系統(tǒng)可用于數(shù)據(jù)中心、實(shí)驗(yàn)室或臺(tái)式環(huán)境,能夠連接到 PCIe 等外部接口以及各類(lèi)外圍設(shè)備。當(dāng)今產(chǎn)品中的軟件內(nèi)容呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng),盡早驗(yàn)證軟件(又稱‘左移’)是產(chǎn)品成功和加速上市進(jìn)程的關(guān)鍵?!?/p>

得益于 Veloce proFPGA CS 的高性能、高速接口和可擴(kuò)展性,軟件團(tuán)隊(duì)能夠在芯片可用之前對(duì)軟件進(jìn)行驗(yàn)證和調(diào)試。該系統(tǒng)可從單個(gè) FPGA 或桌面上的單刀片擴(kuò)展到適用于多用戶環(huán)境的多刀片機(jī)架安裝配置。用戶可靈活定義 FPGA 數(shù)量、互連和高速協(xié)議接口,以最貼合項(xiàng)目的驗(yàn)證和性能需求。

Jaeger 還補(bǔ)充道:“Veloce 軟件消除了修改設(shè)計(jì)以適應(yīng) FPGA 的繁瑣手動(dòng)任務(wù)。基于 FPGA 的大規(guī)模原型設(shè)計(jì)以更有限的可觀察性換取了更高的執(zhí)行速度,這對(duì)于必須根據(jù) RTL 設(shè)計(jì)驗(yàn)證代碼的軟件團(tuán)隊(duì)來(lái)說(shuō)至關(guān)重要?!?/p>

Veloce proFPGA CS 系統(tǒng)旨在提升性能,可充分利用由 AMD Versal Premium VP1902 自適應(yīng) SoC 提供的最新 FPGA 器件技術(shù)。Veloce proFPGA CS 實(shí)現(xiàn)、調(diào)試和運(yùn)行時(shí)軟件可在全自動(dòng)或用戶引導(dǎo)模式下,最大限度地提高多 FPGA 設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的性能與生產(chǎn)力。該系統(tǒng)采用模塊化和可擴(kuò)展架構(gòu),經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。從桌面上的單個(gè) FPGA 系統(tǒng)或新的可互聯(lián)多 FPGA 刀片系統(tǒng)開(kāi)始,可以高效擴(kuò)展至擁有數(shù)百個(gè)刀片的多用戶原型設(shè)計(jì)平臺(tái)。借助 Versal Premium VP1902 自適應(yīng) SoC 對(duì)所有 I/O 的靈活訪問(wèn)能力,用戶可以配置一套綜合全面的硬件接口、存儲(chǔ)器、速度橋和互連電纜原型,以模擬真實(shí)系統(tǒng)。

設(shè)計(jì)成效

西門(mén)子對(duì)各種替代方案進(jìn)行了調(diào)查,并確定Versal Premium VP1902 自適應(yīng) SoC 無(wú)論在功能、時(shí)序還是器件的可用性方面,都是滿足其需求和設(shè)計(jì)目標(biāo)的最佳解決方案。

西門(mén)子 proFPGA CS 產(chǎn)品經(jīng)理 Romain Petit 表示:“AI 在西門(mén)子軟件流程中扮演重要角色。借助 AI,系統(tǒng)可以將隨機(jī) RTL 設(shè)計(jì)映射到大型 FPGA 中,例如 Versal Premium VP1902 自適應(yīng) SoC,或該器件的多個(gè)實(shí)例。這需要根據(jù)目標(biāo) SoC 設(shè)計(jì)及其運(yùn)行速度制定各種策略。AMD Vivado 設(shè)計(jì)工具根據(jù)布局和布線輸入創(chuàng)建新的芯片模型,然后利用 AI 提高結(jié)果質(zhì)量以及編譯的可靠性和穩(wěn)定性。”

進(jìn)一步了解AMD Versal Premium VU1902 自適應(yīng) SoC,請(qǐng)?jiān)L問(wèn)官網(wǎng)產(chǎn)品專(zhuān)區(qū)。

1. VER-001: 基于 AMD 在 2023 年 5 月進(jìn)行的內(nèi)部分析,比較 Versal Premium VP1902 器件與 Virtex UltraScale+ VU19P 器件的系統(tǒng)邏輯單元數(shù)量。

2. VER-003: 基于 AMD 實(shí)驗(yàn)室測(cè)試,使用 A6865 封裝來(lái)仿真 AMD Versal Premium VP1902 器件的 XPIO 數(shù)據(jù)速率性能,并與 AMD Virtex UltraScale+ VU19P FPGA 的公布數(shù)據(jù)速率進(jìn)行了對(duì)比。實(shí)際結(jié)果會(huì)有所不同。

3. 產(chǎn)品選擇指南可參見(jiàn):Versal Premium 系列產(chǎn)品選擇指南 (XMP463) ? 查看器 ? AMD 技術(shù)信息門(mén)戶

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原文標(biāo)題:AMD Versal Premium 助力西門(mén)子原型設(shè)計(jì)系統(tǒng)

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