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随“芯”所欲:赛灵思UltraScale+系列让智能边缘更强大灵活

2021年4月13日             作者:e-works王聪       
关键字:智能边缘  赛灵思  UltraScale+  
日前,赛灵思推出了扩展后的Zynq UltraScale+SoC;全新的Artix UltraScale+FPGA;以及既针对Zynq UltraScale+SoC,也针对Artix UltraScale+FPGA的全新封装技术。

    从2010年物联网被正式列入国家重点发展的五大战略性新兴产业之一,到2020年国家发改委首次明确将物联网定位成新基建的重要组成部分,物联网已成为中国数字经济发展的关键基石,其对行业智能化升级的推动价值也日益凸显。随着万物智能时代到来,越来越多具备AI能力的智能设备出现在人们的工作和生活中,通过将AI嵌入边缘,这些设备“智能”能力将不再依赖于互联网连接,摆脱了向云端传输数据造成的时延。边缘计算可以在云上靠深度学习生成数据,而在设备本身(边缘)执行模型的推断和预测。

    在这种趋势下,日前赛灵思举办了UltraScale + 成本优化型产品组合媒体沟通会。作为全球唯一基于16纳米技术的硬件灵活应变成本优化型产品组合,赛灵思工业、视觉、医疗及科学(ISM)市场总监Chetan Khona介绍了Artix和Zynq UltraScale+ 器件,其采用台积电最先进的 InFO(Integrated Fan Out,集成扇出)封装技术。借助InFO技术,Artix和Zynq UltraScale+ 器件能以紧凑的封装提供高计算密度、出色的性能功耗比以及可扩展性,从而应对智能边缘应用的需求。

边缘及物联网应用面临的压力与日俱增

    由于物联网传感器的快速普及和对生活、各个行业垂直应用场景的渗透,为了保障数据和在更短的时间内运行,业务的可靠性和数据的安全性,未来越来越多的云计算服务会从云端向网络边缘迁移。物联网传感器、各式各样的终端设备充当了重要角色,其角色也在发生着变化,由数据的消费者向数据的生产和消费者转化。

    据IDC预测,到2020年将会有超过500亿的传感器和终端联网,其中超过半数的终端和物联网络将面临网络带宽限制,40%的数据需要在网络边缘进行运算、分析、处理和储存。未来,预计边缘计算市场规模将超过万亿,将成为与云计算平分秋色的新兴市场。

    在Chetan Khona看来,如今边缘及物联网应用面临的压力与日俱增,主要包括在以下方面:

    1. 需要更智能的硬件,更方便的进行本地化AI与分析;

    2. 传感器数据、DSP计算、网络带宽需要更高的吞吐量;

    3. 因为电池供电、散热约束的要求,功率效率也随之增高;

    4. 工业和医疗物联网市场发展迅速,竞争压力,成本压力难以避免;

    5. 随着物联网设备手持、灵活部署与安装的要求,终端外形尺寸正在不断缩小。

    赛灵思产品线管理与营销高级总监 Sumit Shah 表示:“对紧凑型智能边缘应用的需求正推升对处理和带宽引擎的需求。这些引擎不仅要提供更高的性能,还要提供更高级别的计算密度,以支持最小尺寸的系统。UltraScale+ 系列的新款成本优化型产品为该系列带来了强大助力。其立足于赛灵思 UltraScale+ FPGA 和 MPSoC 架构与业经生产验证的技术,而这些早已共同部署于全球数百万台系统中。”

全新 UltraScale + 成本优化型产品组合

    早在2011年,赛灵思就推出了Artix和Zynq系列产品,2018年推出了SPARTAN系列产品,共同组成了7系列产品组合。由于FPGA和SoC的设计并非易事,需要大量的前期投入,为了在软件、IP、工具和PCB设计方面提供业界最佳的扩展性,以及应对市场的快速变化,赛灵思在之前7系列产品基础上,推出了扩展后的Zynq UltraScale+SoC;全新的Artix UltraScale+FPGA;以及既针对Zynq UltraScale+SoC,也针对Artix UltraScale+FPGA的全新封装技术。

专为功耗和成本而优化的Zynq UltraScale+ MPSoC

    Chetan Khona介绍从2015年赛灵思推出Zynq以来,其良好的灵活性和集成性就受到了市场上广大用户的青睐,如今视觉工业和医疗领域新的工业设计中有三分之二都是基于Zynq或者是Zynq UltraScale+实现的。然而随着物联网时代的到来,用户希望拥有更小的器件去完成针对成本敏感类的智能产品设计。

    因此,成本优化型 Zynq UltraScale+ MPSoC 应运而生,它包括新款 ZU1 和业经生产验证的 ZU2 与 ZU3 器件,三款器件皆采用 InFO 封装。作为 Zynq UltraScale+ 系列多处理 SoC 产品线的组成部分, ZU1 针对边缘连接及工业和医疗物联网系统所设计,包括嵌入式视觉摄像头、AV-over-IP 4K和8K 就绪流媒体、手持测试设备,以及消费和医疗应用等。ZU1 专为小型化的计算密集型应用而打造,并采用基于异构 Arm® 处理器的多核处理器子系统,同时还能迁移至普通封装尺寸以支持更高算力。

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图 赛灵思专为功耗和成本而优化的 Zynq UltraScale+ MPSoC

LUCID Vision Labs 创始人兼总裁 Rod Barman 表示:“LUCID 与赛灵思紧密协作,将新款 UltraScale+ ZU3 集成到我们的下一代工业机器视觉摄像头 Triton™ Edge 中。借助  UltraScale+ ZU3 及其 InFO 封装,LUCID 能利用创新的软硬结合板( rigid-flex board)架构,将惊人的处理能力压缩于工厂级坚固的超紧凑 IP67 摄像头中。”

专为高 I/O 带宽和 DSP 计算而打造的Artix UltraScale+ FPGA

作为一个全新的系列,新推出的Artix UltraScale+ 基于业经生产验证的 FPGA 架构,相较于之前的Artix7系列而言无论是I/0速率还是安全性都有了大幅度的提升,是一系列应用的理想选择。

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图 同类最佳FPGA I/O性能
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图 同类最佳FPGA信号处理与计算能力

在Chetan Khona看来,Artix UltraScale+可谓是专为高 I/O 带宽和 DSP 计算而打造。例如,搭载高级传感器技术的机器视觉、高速互联以及超紧凑“ 8K 就绪”视频广播。Artix UltraScale+ 器件提供了每秒 16Gb 的收发器,可以支持互联、视觉和视频领域的新兴高端协议,与此同时还能实现同类最佳的 DSP 计算功能。

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图 赛灵思专为高 I/O带宽和 DSP 计算打造的 Artix UltraScale+ FPGA

    值得一提的是,本次推出的Zynq UltraScale+SoC和Artix UltraScale+FPGA都采用了台积电超紧凑型 InFO(集成扇出)封装技术,给予了多个芯片集成封装的空间。此方式能够带来更小、更纤薄的封装,其面积将缩小 60%,从而提升散热与配电效果。

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图 赛灵思传统新品与InFO芯片架构比较 

    随着新款 Artix 器件的加入以及 Zynq UltraScale+ 系列的壮大,赛灵思的产品组合现在涵盖了从 Virtex® UltraScale+ 高端系列、 Kintex® UltraScale+ 中端系列到全新成本优化型低端系列。新款器件的推出完善了赛灵思的产品组合并为客户提供了可扩展性,使之可以利用同一赛灵思平台开发多种解决方案。这样便可以在不同产品组合间保留设计投资,并加速产品上市时间。

    安全性是赛灵思设计中的关键组成部分。此次推出的成本优化型 Artix 和 Zynq UltraScale+ 系列的新款器件都具备与 UltraScale+ 平台同样健全的安全功能,包括 RSA-4096 认证、AES-CGM 解密、数据保护法( DPA ),以及赛灵思专有的 Security Monitor ( SecMon,安全监测)IP,能够灵活应对产品生命周期中的安全威胁,满足商业项目的各种安全需求。

   在开发设计过程中,如果能用单一且安全的平台扩展其设计方案以适应广泛的应用和市场需求,这样的能力对于实现更便捷的设计整合和把握关键上市时间机遇至关重要。在Chetan Khona看来,Zynq UltraScale+SoC和Artix UltraScale+FPGA是一次跨越式的创新,它将行业领先的16纳米技术应用于成本优化的产品组合,并且使用业界非常小的封装尺寸,实现一个可扩展,同时可以兼容过去的很多的设计,用全新的小尺寸封装提供业界最高的计算密度,支持边缘的应用。

责任编辑:王聪
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