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(dòng)可編程邏輯研發(fā)向高性能插座發(fā)展。在某些情況下，這些趨勢(shì)也影響了嵌入式電子領(lǐng)域應(yīng)用的發(fā)展。但是，對(duì)于無數(shù)的應(yīng)用，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(tái)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、功耗和熱限制范圍內(nèi)。

出于這個(gè)原因，Microchip繼續(xù)在其PolarFire FPGA SoC系列中進(jìn)行創(chuàng)新 - 最近的MPFS025 SoC具有25K邏輯元件和硬化的四核RISC-V CPU。

據(jù)該公司稱，MPFS025 SoC提供：

功耗比競(jìng)爭(zhēng)性 SRAM FPGA SoC 產(chǎn)品低 50%

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

4 個(gè)多速率、多協(xié)議 12.7 Gbps 收發(fā)器

植根于加密控制的供應(yīng)鏈的強(qiáng)大 IP 保護(hù)

高效的可編程性能

盡管具有性能和安全優(yōu)勢(shì)，但Microchip的MPFS025 PolarFire FPGA SoC的效率是最重要的。如下圖所示，CoreMark 得分為 5200，功率僅為 1.2 W。

這要?dú)w功于主RISC-V RV64GC內(nèi)核上的32個(gè)整數(shù)和32個(gè)浮點(diǎn)寄存器，以及組織成18 x 18 MACC的68個(gè)數(shù)學(xué)模塊。這些查找表是可分餾的，這意味著它們可以減少到兩個(gè)9x9，因此計(jì)算可以優(yōu)化到不同的位分辨率。

為什么這種效率水平很重要，真的？顯而易見的答案是，任何具有固有功耗敏感性的系統(tǒng)設(shè)計(jì)都將受益。但更深入地考慮，更高的性能通常意味著更高的頻率和電壓到更多的電路，這會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生過多的熱量。

Microchip的FPGA產(chǎn)品營(yíng)銷總監(jiān)Tim Morin表示，散熱成本約為1.5美元/瓦，因此，如果能夠以盡可能少的電路啟動(dòng)來最大限度地提高性能，則可以降低系統(tǒng)成本或?qū)⒃O(shè)計(jì)部署到更惡劣的環(huán)境中，或兩者兼而有之。

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(gè)優(yōu)勢(shì)是，它們?cè)试S一般嵌入式工程師在基于可編程邏輯的器件上運(yùn)行熟悉的Linux和/或RTOS。

一旦這些開發(fā)人員熟悉了使用Microchip Libero 設(shè)計(jì)套件 2021.2 版等軟件工具在 FPGA SoC 上進(jìn)行開發(fā)，他們將發(fā)現(xiàn)靈活的 2 MB 二級(jí)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(jì)中幾乎即插即用。下圖顯示了位于圖像處理流水線核心的SoC，要求工程師只需在前端集成傳感器，在輸出端集成外部存儲(chǔ)器或顯示器。

當(dāng)然，開發(fā)人員希望增加更多的價(jià)值。在許多情況下，該值將在應(yīng)用程序級(jí)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)工具包（SDK）等更有針對(duì)性的解決方案。

VectorBlox SDK與可在Libero中訪問的AI IP配對(duì)，以幫助沒有機(jī)器學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)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 組合可實(shí)現(xiàn)比其他解決方案高 2-3 倍的能效推理。

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

雙 4K MIPI CSI-2 攝像頭

HDMI? 2.0 與 FPGA 夾層卡擴(kuò)展

CoaXPress? 2.0

SDI（6 Gbps 和 12 Gbps）

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

USB 3.1 第 1 代和第 2 代協(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)通過MPFS025等器件發(fā)展其中端FPGA SoC產(chǎn)品組合。硅預(yù)計(jì)將于2022年第一季度上市。

對(duì)于那些剛接觸RISC-V的人來說，最后一個(gè)重要的考慮因素是不斷發(fā)展的生態(tài)系統(tǒng)，它可以幫助加速和保護(hù)你的工程投資。例如，Microchip的Mi-V RISC-V生態(tài)系統(tǒng)由AdaCore，Amazon FreeRTOS，DornerWorks，Green Hills Software，Hex Five，Siemens Embedded，Veridify Security和Wind River的免費(fèi)和商業(yè)軟件和工具提供支持，以使平臺(tái)上構(gòu)建的視覺系統(tǒng)為市場(chǎng)做好準(zhǔn)備。

由于它是一個(gè)開放標(biāo)準(zhǔn)，為PolarFire器件開發(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