MPFS025 PolarFire FPGA SoC解決方案

賽靈思和英特爾都在優(yōu)先考慮數(shù)據(jù)中心，這正在推動可編程邏輯研發(fā)向高性能插槽方向發(fā)展。在某些情況下，這些趨勢也影響著嵌入式電子領(lǐng)域應(yīng)用的發(fā)展。但對于無數(shù)應(yīng)用而言，功耗和散熱與性能一樣重要，如果不是更重要的話。這些用例通常位于邊緣，涵蓋從傳感器集線器到顯示控制器再到圖像處理和 AI 推理平臺的所有內(nèi)容。

是的，開發(fā)這些解決方案的應(yīng)用工程師、OEM 和集成商需要提高性能并增加工作負(fù)載的多功能性。但它們也需要保持在成本、功率和熱限制范圍內(nèi)。

出于這個原因，Microchip 繼續(xù)在其 PolarFire FPGA SoC 系列中進(jìn)行創(chuàng)新——推出的具有 25K 邏輯元件和硬化四核 RISC-V CPU 的 MPFS025 SoC。

據(jù)該公司稱，MPFS025 SoC 提供：

與競爭性 SRAM FPGA SoC 產(chǎn)品相比，功耗降低多達(dá) 50%

300 MHz 結(jié)構(gòu)和 450 MHz DSP 流水線，可實現(xiàn)領(lǐng)先的 4K60 傳輸和處理效率

四個多速率、多協(xié)議 12.7 Gbps 收發(fā)器

強(qiáng)大的知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)植根于加密控制的供應(yīng)鏈

高效的可編程性能

盡管具有性能和安全優(yōu)勢，但效率是 Microchip 的 MPFS025 PolarFire FPGA SoC 的頭條新聞。正如您在下圖中看到的那樣，這體現(xiàn)在 CoreMark 得分為 5200，功率僅為 1.2 W。

這要歸功于主 RISC-V RV64GC 內(nèi)核上的 32 個整數(shù)和 32 個浮點寄存器，以及組織成 18 x 18 MACC 的 68 個數(shù)學(xué)塊。這些查找表是可分割的，這意味著它們可以簡化為兩個 9x9，因此計算可以優(yōu)化到不同的位分辨率。

為什么這種效率水平真的很重要？嗯，顯而易見的答案是任何具有固有功率敏感性的系統(tǒng)設(shè)計都將從中受益。但更深入一點，考慮到更高的性能通常意味著更多電路的頻率和電壓更高，這會導(dǎo)致產(chǎn)生過多的熱量。

Microchip FPGA 產(chǎn)品營銷總監(jiān) Tim Morin 表示，散熱成本約為 1.5 美元/W，因此，如果您能夠以最少的電路啟動來最大化性能，您可以降低系統(tǒng)成本或?qū)⒛脑O(shè)計部署到更惡劣的環(huán)境中，或兩者。

RISC-V 拯救嵌入式圖像處理

但回到 RISC-V。除了處理效率之外，片上 RISC-V 內(nèi)核的另一個優(yōu)勢是它們允許一般嵌入式工程師在基于可編程邏輯的設(shè)備上運行熟悉的 Linux 和/或 RTOS。

一旦這些開發(fā)人員熟悉了使用 Microchip 的 Libero Design Suite 2021.2 版等軟件工具在 FPGA SoC 上進(jìn)行開發(fā)，他們就會發(fā)現(xiàn)靈活的 2 MB L2 緩存和 LPDDR4 內(nèi)存支持可供他們用于應(yīng)用開發(fā)。

MPFS025 PolarFire FPGA SoC 的功能組合使其在嵌入式視覺系統(tǒng)設(shè)計中幾乎即插即用。下圖顯示了位于圖像處理管道核心的 SoC，工程師只需將傳感器集成到前端和外部存儲器或輸出端即可。

當(dāng)然，開發(fā)人員會希望增加更多的價值。在許多情況下，該價值將在應(yīng)用程序級別。為此，Microchip MPFS025 PolarFire FPGA SoC 支持 OpenVX 等開放式開發(fā)框架以及VectorBlox 加速器軟件開發(fā)套件 （SDK）等更具針對性的解決方案。

VectorBlox SDK 與可在 Libero 中訪問的 AI IP 配對，以幫助沒有機(jī)器學(xué)習(xí)經(jīng)驗的開發(fā)人員優(yōu)化神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，如無快門補(bǔ)償或圖像增強(qiáng)，以便在 PolarFire FPGA SoC 上執(zhí)行。VectorBlox/PolarFire FPGA SoC 組合實現(xiàn)了比其他解決方案高 2-3 倍的節(jié)能推理。

同樣在工具方面，Microchip在2021 RISC-V 峰會之前發(fā)布了智能嵌入式視覺平臺。智能嵌入式視覺平臺集成了 RISC-V 應(yīng)用程序開發(fā)人員創(chuàng)建嵌入式視覺或物聯(lián)網(wǎng)邊緣計算解決方案所需的所有構(gòu)建塊，包括：

雙 4K MIPI CSI-2 攝像頭

帶有 FPGA 夾層卡擴(kuò)展的 HDMI? 2.0

CoaXPress? 2.0

SDI（6 Gbps 和 12 Gbps）

具有自動協(xié)商功能的通用串行 10 GE 媒體獨立接口 （USXGMII） MAC IP

USB 3.1 Gen 1 和 Gen 2 協(xié)議支持

充分利用中檔

應(yīng)用應(yīng)該決定技術(shù)，而不是相反，因此 Microchip 將繼續(xù)發(fā)展其中端 FPGA SoC 產(chǎn)品組合，包括 MPFS025 等設(shè)備。

對于那些剛接觸 RISC-V 的人來說，最后一個重要的考慮因素是不斷增長的生態(tài)系統(tǒng)，它可以幫助加速和保護(hù)您的工程投資。例如， Microchip 的 Mi-V RISC-V 生態(tài)系統(tǒng)得到 AdaCore、Amazon FreeRTOS、DornerWorks、Green Hills Software、Hex Five、Siemens Embedded、Veridify Security 和 Wind River 的免費和商業(yè)軟件和工具的支持，以獲取視覺系統(tǒng)建立在準(zhǔn)備上市的平臺上。

由于它是一個開放標(biāo)準(zhǔn)，因此為 PolarFire 設(shè)備開發(fā)的代碼可以擴(kuò)展和縮減 Microchip FPGA SoC 產(chǎn)品組合以及其他 RISC-V RV64GC 目標(biāo)，而無需從頭開始。

審核編輯：郭婷