Versal

Bild1: Xilinx-CEO Victor Peng bei der Vorstellung der ersten beiden ACAPs Versal Prime und Versal AI Core. Hans Jaschinski

Das Versal Portfolio wird in FinFET-Prozesstechnologie von TSMC mit Strukturbreiten von 7 nm gefertigt. Die Plattform verbindet Software-Programmierbarkeit mit Domain-spezifischer Hardware und der erforderlichen Adaptierbarkeit. Das Portfolio besteht aus sechs Baustein-Serien, die speziell dazu ausgelegt sind, Skalierbarkeit und AI-Inferenz in einer Vielzahl von Applikationen in den unterschiedlichsten Märkten zu ermöglichen.

Xilinx steht gegenwärtig über sein Early Access Program mit zahlreichen Schlüsselkunden in Verbindung. Die Serien Versal Prime und AI Core werden in der zweiten Jahreshälfte 2019 allgemein verfügbar sein.

„Mit der raschen Expansion von Big Data und AI und der Verlangsamung des Moore’schen Gesetzes erreicht die Industrie einen kritischen Wendepunkt. Die Silizium-Entwicklungszyklen können mit der raschen Innovation nicht mehr Schritt halten”, erklärt Peng. „Nach vierjähriger Entwicklung ist Xilinx Versal die industrieweit erste ACAP. Wir haben sie spezifisch so ausgelegt, dass alle Entwickler ihre gesamten Applikationen durch optimierte Hardware und Software beschleunigen und beide sofort adaptieren können, sodass sie mit dem raschen Fortgang der Technologien Schritt halten. Dies ist genau das, was die Industrie zum gegebenen Zeitpunkt benötigt.”

Auf der Versal Roadmap befinden sich die Serien Prime (im Jahr 2019), Premium (2020) und HBM (2021), sowie die Serien AI Core (2019), AI Edge und AI RF (beide 2020), die jeweils die AI Engine enthalten. Als erste Produkte erscheinen die Versal Prime Serie, mit breiter Einsetzbarkeit in zahlreichen Märkten, und die Versal AI Core Serie. Diese bietet eine etwa achtfache Verbesserung der AI-Inferenz-Leistung gegenüber führenden GPUs.

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Bild 2: Blockdigramm einer einzelnen Kachel der AI Array Engine. Xilinx

Die AI Engine ist ein neuer Hardware-Block, der den zunehmenden Bedarf an AI-Inferenz mit geringer Latenz über einen weiten Bereich von Applikationen adressiert. Sie unterstützt auch fortschrittliche DSP-Implementierungen in Funk- und Radarsystemen. Die AI Engine ist eng gekoppelt mit den Versal Adaptable Hardware Engines. Das ermöglicht die Beschleunigung der gesamten Applikation und die Abstimmung von Hardware und Software für maximale Performance und Effizienz.

Versal AI Core

Die Versal-Serie AI Core besteht aus fünf Bausteinen, die jeweils 128 bis 400 AI Engines umfassen. Die Serie enthält Dual-Core Arm-Prozessor Cortex A72, Dual-Core Arm-Echtzeit-Prozessor Cortex R5, 256 KByte On-chip-Speicher mit ECC, sowie mehr als 1900 DSPs, die für sehr genaue Gleitkomma-Verarbeitung mit geringen Latenz-Zeiten optimiert sind.

Außerdem stehen mehr als 1,9 Millionen Logikzellen in Kombination mit 130 Mbit an Ultra-RAM, bis zu 34 Mbit Block-RAM, sowie 28 Mbit an verteiltem RAM und 32 Mbit an neuen Accelerator-RAM-Blocks zur Verfügung. Sie können von jeder Engine adressiert werden. Alles das sind spezielle Leistungsmerkmale der Versal AI Serie zur Unterstützung kundenspezifischer Speicher-Hierarchien.

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Bild 3: Die Details der aus fünf Bausteinen bestehenden Versal-Serie AI Core. Xilinx

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Bild 4: Anbindung des AI Engine Arrays an das Network on Chip. Xilinx

Die Serie enthält außerdem 8-Lane- und 16-Lane-PCIe Gen4- und CCIX Host- Interfaces (CCIX, Cache Coherent Interconnect for Accelerators), ein leistungsoptimierte 32 Gbit/s schnelle SerDes-Schnittstelle, bis zu vier integrierte DDR4-Speicher-Controller, bis zu vier Multi-Rate Ethernet-MACs, 650 I/Os für MIPI D-PHY, NAND, Storage-Class Speicher-Schnittstellen und LVDS. Hinzu kommen 78 Multiplex-I/Os zum Anschluss externer Komponenten und mehr als 40 HD-I/Os für 3,3 V. Alles das mit Verbindungsmöglichkeiten über einen State-of-the-Art NoC (Network-on-Chip) mit bis zu 28 Master/Slave-Ports, Multi-Terabit/s Bandbreite mit niedriger Latenz und hoher Leistungs-Effizienz, sowie nativer Software-Programmierbarkeit. Bild 4 zeigt die Konnektivität zwischen dem AI Engine-Array und der programmierbaren Logik, die AI-Engine-Array-Schnittstelle genannt wird. AXI-Streaming-Konnektivität existiert auf jeder Seite der AI-Engine-Array-Schnittstelle und erweitert die Konnektivität in die programmierbare Logik und separat in das Netzwerk auf dem Chip (NoC).

Versal Prime

Die Versal Prime Serie ist für den breiten Einsatz in diversen Märkten ausgelegt. Sie ist optimiert in Bezug auf die Konnektivität und In-line-Beschleunigung der verschiedensten Workloads. Ausgelegt als Mid-Range-Serie besteht sie aus neun Bausteinen. Jeder enthält einen Dual-Core Arm Cortex A72 und einen Dual-Core Arm Cortex R5 Prozessor, 256 KByte On-chip-Speicher mit ECC, sowie mehr als 3000 DSP-Engines, die für High-Precision Gleitpunktverarbeitung mit niedriger Latenz optimiert sind. Sie enthält außerdem mehr als 2 Millionen Systemlogikzellen in Verbindung mit mehr als 200 Mbit an UltraRAM, mehr als 90 Mbit Block-RAM und 30 Mbit verteiltem RAM zur Unterstützung kundenspezifischer Speicher-Hierarchien.

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Bild 5: Die neun Bausteine der Versal Prime Serie. Xilinx

Ebenfalls in der Serie enthalten sind 8-Lane- und 16-Lane-PCIe Gen4- und CCIX Host Interfaces, ein leistungsoptimiertes 32-Gbit/s-SerDes und ein 58-Gbit/s-PAM4 Mainstream SerDes, bis zu sechs integrierte DDR4 Speicher-Controller, bis zu vier Multi-Rate Ethernet MACs, 700 High-Performance I/Os für MIPI D-PHY, NAND, Storage-Class Speicher-Schnittstellen und LVDS, außerdem 78 Multiplex-I/Os zum Anschluss externer Komponenten und mehr als 40 HD-I/O für 3,3 V. Alles das mit Interconnect über einen State-of-the-Art NoC (Network-on-Chip) mit bis 28 Master/Slave-Ports. Das ergibt eine Bandbreite von mehreren Terabit/s mit niedriger Latenz, hohe Leistungs-Effizienz und native Software-Programmierbarkeit.

Versal Tools und Software

Das Versal Portfolio wird unterstützt durch eine passende Entwicklungsumgebung mit reichhaltigem Software-Stack einschließlich Treibern, Middleware, Bibliotheken und Software Framework Support. Weitere Details über die Software Programmier-Tools werden im nächsten Jahr verfügbar sein.

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Bild 6: Versal Tools und Software. Xilinx