Uyarlanabilir bilgi işlem, yazılım tanımlı donanım çağının gelişini hızlandırır
Orijinal Cheng Wenzhi Elektronik Meraklısı Ağı Dün
Eskiden bir ürün tasarlarken önce donanım mimarisini planlamanız gerekirdi.Donanım tasarımı tamamlandıktan sonra yazılım bölümünün geliştirilmesi başlayacak ve ardından komple ürün piyasaya sürülecekti. Şimdi, bulut bilişimin gelişmesi, İnternet ve AI, 5G ve otonom sürüşün yükselişi ile, donanım ve ürünlerin geliştirme süreci gereksinimleri, daha yüksek donanım performansı; daha yüksek güvenlik ve gizlilik gereksinimleri; Artan sensör gibi benzeri görülmemiş değişikliklerden geçiyor. türleri ve arayüzleri, sürekli gelişen yapay zeka algoritmaları ve modelleri ve yazılım geliştirmenin donanım geliştirme ile senkronize edilmesi gerekiyor vb.

Bu yeni gereksinimler tarafından yönlendirilen "yazılım tanımlı donanım" kavramı birçok kez dile getirildi.İnsanlar, ilgili donanım ek yükünü ve kullanımını azaltmak için çipteki tüm işlemlerin kontrolünün ve zamanlamasının yazılım tarafından tamamlanacağını umuyor. kaydedilen kısım Bilgi işlem ve çip üzerinde depolama için. Bu dilek çok güzel görünüyor ama yine de gerçekleştirmek için pek çok zorluk var.Örneğin FPGA bazı yazılım tanımlı donanım fonksiyonlarını gerçekleştirebilir ancak verimliliği ASIC'den daha düşüktür, ancak güç tüketimi ASIC'den daha yüksektir. Daha iyi bir yol var mı?
Uyarlanabilir platformların avantajları

Xilinx'in uyarlanabilir bilgi işlem platformu bunun için doğdu. Xilinx'in uyarlanabilir bilgi işlem teknik incelemesine ve uyarlanabilir bilgi işlem alanına göre, uyarlanabilir bilgi işlem FPGA teknolojisine dayanır ve çip üzerinde etki alanına özgü mimarinin (DSA) dinamik yapısını destekler. Başka bir deyişle, uyarlanabilir hesaplama, DSA'nın talepteki değişikliklerle dinamik olarak güncellenmesine izin verir, böylece uzun ASIC tasarım döngülerinin ve yüksek NRE maliyetlerinin kısıtlamalarından kaçınır. Dağıtılmış işlem seviyesinin sürekli iyileştirilmesiyle, uyarlanabilir bilgi işlem yalnızca yazılımın kablosuz (OTA) güncellemesini değil, aynı zamanda donanımın kablosuz güncellemesini de destekleyebilir ve güncelleme neredeyse kablosuz olarak tekrarlanabilir. .
"Uyarlanabilir platform", uyarlanabilir donanım merkezli her türlü ürün veya çözüm anlamına gelir. Uyarlanabilir platform tamamen aynı uyarlanabilir donanım temeline dayanır, ancak çip donanımı veya aygıtlarından çok daha fazlasını içerir, ancak tüm donanımı ve kapsamlı bir tasarım yazılımı ve işletim yazılımı setini kapsar.

1

"Uyarlanabilir Bilgi İşlem Teknik Raporu"

Şimdi indirmek için kodu tarayın
Adaptif bir platform ile donanım mühendisleri, kendilerini tekrarlayan ve düşük kaliteli tasarım çalışmalarından kurtarabilir ve iyi oldukları profesyonel fonksiyonların geliştirilmesine odaklanabilirler.Yazılım mühendisleri, donanım mühendisleri ile aynı anda beklemeden tasarım çalışmalarına başlayabilirler. donanım tasarlanır, çalışmaya başlar.
2
Şekil: Yapılandırılmamış ve yapılandırılmış uyarlanabilir donanımın şematik diyagramı (kaynak: Xilinx)
Tabii ki, bu faydaya ek olarak, uyarlanabilir platform aşağıdaki avantajlara sahiptir:
Bunlardan biri, ürün lansman sürecini hızlandırmaktır. Örneğin, Xilinx'in uyarlanabilir bilgi işlem platformu ürünlerinden biri olan Alveo veri merkezi hızlandırıcı kartı, özel donanım özelleştirmesine gerek kalmadan belirli uygulamalar için hızlandırılabilen uygulamalar oluşturmak için hızlandırıcı kartı kullanır. Ve sadece PCIe kartını hizmete ekleyin, mevcut yazılım uygulamasından doğrudan hızlandırma kitaplığını arayabilirsiniz.
İkincisi, işletme maliyetlerini azaltmaktır. CPU tabanlı çözümlerle karşılaştırıldığında, bilgi işlem yoğunluğundaki artış nedeniyle, uyarlanabilir platformlara dayalı optimize edilmiş uygulamalar, her düğümde önemli ölçüde geliştirilmiş verimlilik sağlayabilir.
Üçüncüsü, iş yükünün esnek ve dinamik olarak yapılandırılabilmesidir. Uyarlanabilir platform, mevcut ihtiyaçlara göre yeniden yapılandırılabilir. Geliştiriciler, uyarlanabilir platform içinde dağıtılan uygulamaları kolayca değiştirebilir ve değişen iş yükü gereksinimlerini karşılamak için aynı cihazı kullanabilir.
Dördüncüsü, gelecekle uyumlu olmaktır. Uyarlanabilir platform sürekli olarak ayarlanabilir. Mevcut uygulamalar yeni işlevler gerektiriyorsa, donanım bu işlevleri en iyi şekilde uygulamak için yeniden programlanabilir, böylece donanım yükseltmelerine olan ihtiyaç azaltılır ve sistemin hizmet ömrü uzatılır.
Beşinci olarak, genel uygulama hızlandırılabilir. AI çıkarımı nadiren tek başına var olduğundan, genellikle daha büyük bir veri analizi ve işleme zincirinin parçasıdır ve genellikle geleneksel (AI olmayan) uygulama çözümlerini kullanan birden fazla yukarı ve aşağı aşamayla birlikte bulunur. Bu sistemlerdeki yerleşik AI, kısmen AI hızlandırmasından yararlanırken AI olmayan parçalar da hızlandırmadan yararlanabilir. Uyarlanabilir bilgi işlemin doğal esnekliği, "genel uygulama hızlandırma" olarak adlandırılan AI ve AI olmayan işleme görevlerini hızlandırmak için uygundur. Hesaplama açısından yoğun AI çıkarımı daha fazla uygulamaya girdikçe önemi de artıyor.
Uyarlanabilir hesaplamanın başarılı iniş durumu

Geçmişte, mühendisler FPGA'ları kullanmak isteselerdi, kendi donanım kartlarını oluşturmaları ve FGPA'yı bir donanım tanımlama dili (HDL) ile yapılandırmaları gerekiyordu. Günümüzde uyarlanabilir platform geliştiricilerinin, uyarlanabilir hesaplamanın etkinliğini doğrudan uygulamak için yalnızca tanıdık yazılım çerçevelerini ve dillerini (C++, Python, TensorFlow vb.) kullanmaları yeterlidir. Başka bir deyişle, yazılım ve yapay zeka geliştiricilerinin uyarlanabilir hesaplamayı özgürce kullanmak için devre kartları oluşturmalarına veya donanım uzmanları olmalarına gerek yoktur.

Daha kullanışlı olan, mühendislerin yalnızca API'ler aracılığıyla mevcut yazılım kodlarını doğrudan çağırabilmeleri değil, aynı zamanda bağımsız yazılım satıcısı (ISV) ekosistemi ve satıcıları tarafından sağlanan açık kaynak kitaplıklarını da kullanabilmeleridir.Kütüphanede çok sayıda hızlandırılmış API bulunmaktadır. .
Örnek olarak Xilinx'in seri olarak ürettiği iki uyarlanabilir bilgi işlem platformu ürünü Kria SOM ve Alveo hızlandırıcı kartlarını alın. Kria SOM, Zynq UltraScale+ MPSoC mimarisi üzerine kurulmuştur ve geliştiricilerin anahtar teslimi uyarlanabilir bir platform üzerinde uç uygulamalar geliştirmesini destekler. Sistemin temel parçalarını standartlaştırarak, geliştiricilerin farklılaştırılmış özellikler oluşturmaya odaklanmak için daha fazla zamanı olur.
3

Xilinx'in ilk seri üretilen Kria SOM ürünü K26 SOM'dur.Donanım yapılandırması açısından, K26 SOM, dört çekirdekli Arm ile donatılmış, toplam 77×60×11mm boyutunda Zynq UltraScale+ MPSoC mimari tasarımına dayanmaktadır. A53 işlemci ve 256K sistem mantık birimi ve 1.4TOPS AI işlemci performansına sahip yerleşik 64 bit 4 GB DDR4 bellek, 4K 60p H.264/265 video kodeğini destekler.
Kria SOM, çeşitli zorlu uygulama ortamlarına dayanabilen, seri üretime hazır bir ürün olarak tasarlanmış, üretilmiş ve test edilmiştir. Şu anda, Kria SOM iki kategoriye ayrılmıştır: endüstriyel sınıf ve ticari sınıf.Endüstriyel sınıf, daha yüksek titreşimi ve daha aşırı sıcaklıkların yanı sıra daha uzun yaşam döngüsü kalitelerini ve bakımı destekler.
4

Kria SOM ağırlıklı olarak akıllı görüş uygulamaları içindir.Bu nedenle akıllı şehirlerde plaka tanıma gibi yüksek hızlı hedef tespiti için kullanılabilir.Aynı zamanda endüstriyel üretim hatlarında yapay görme uygulamaları için de kullanılabilir.
Alveo hızlandırıcı kartı için, herhangi bir veri merkezi uygulaması için donanım boşaltma yetenekleri sağlayabilen ve ayrıca depolama erişim noktalarında hızlandırmak için SmartSSD depolaması için kullanılabilen endüstri standardı PCI-e arabirimini kullanır. Ayrıca, SmartNIC için doğrudan ağ trafiğinde hızlandırma sağlamak için de kullanılabilir.
Örneğin, SmartNIC'in performans zarfını genişleten, veri merkezlerini ve uç bilgi işlem platformlarını hedefleyen, yüksek performanslı ağları, CPU kümelerini ve büyük ölçekli FPGA'ları birleştiren ve yüksek performanslı bir bilgi işlem (HPC) oluşturan Alveo SN1000 SmartNIC, önemli bir ağ hızlandırma işlevi.
Ek olarak, Alveo SN1000 SmartNIC, standardizasyon ve yazılım çerçevesini benimser, doğrudan FPGA programlama ile uğraşması gerekmez, kullanımı daha uygundur. Mühendisler, FPGA'larda kullanılan donanım yazılımının çoğunu ve hatta CPU kümelerinde çalışan yazılımları desteklemek için Xilinx veya üçüncü tarafları kullanabilir. CPU kümesi, Ubuntu ve Yocto Linux gibi standart Linux dağıtımlarını çalıştırabilir. SmartNIC sürücüsü, Red Hat Enterprise Linux (RHEL), CentOS ve Ubuntu gibi ana bilgisayar platformlarında kullanılabilir.
Uygulama açısından Alveo, genomik analiz, grafik veri tabanı, tıbbi görüntü işleme ve analizi ve video tabanlı görüntü izleme uygulamaları için uygundur. Uygulama inişi açısından, veri merkezlerinde ve gen dizileme uygulamalarında hali hazırda uygulamalar var.
5