智能边缘实时推理盛行，FPGA紧扣小型化需求变革

智能边缘以及IoT应用面临的挑战与日俱增。首先，越来越多的应用都希望在本地进行AI分析，对于更高性能的嵌入式器件提出了要求；第二，不断增加的传感器数据、DSP计算、网络带宽，都需要更高的吞吐量；第三，多数设备在电池供电的情况下，需要更高的功率效率；第四，不只是消费IoT领域，工业和医疗IoT市场竞争加剧，成本优化的压力与日俱增；第五，在手持设备、灵活部署与安装的需求之下，边缘和终端微型化正渗透各个市场。

直面五大全新挑战，赛灵思（Xilinx）宣布扩展其 UltraScale+产品组合，推出新款Zynq UltraScale+ SoC和Artix UltraScale+FPGA系列，前者专门针对功耗与成本优化，后者可支持高 I/O 带宽和 DSP 计算优化。两款最新产品均基于16nm技术，采用台积电 InFO（Integrated Fan Out，集成扇出）封装技术，可通过紧凑的封装提供高计算密度、更高的性能功耗比以及可扩展性。

据Xilinx工业、视觉、医疗及科学(ISM)市场总监Chetan Khona介绍，Xilinx全新产品外形尺寸较传统芯片封装缩小了70%，能够满足工业、视觉、医疗、广播、消费、汽车和互联市场等更广泛的应用领域。

16nm UltraScale+扩充SoC和FPGA新成员

Zynq UltraScale+ SoC系列，在原有ZU2与ZU3的基础上推出了最新的ZU1器件。ZU1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，针对边缘连接及工业和医疗物联网系统应用，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在功耗和成本方面进行了优化。

 
Chetan Khona表示，Zynq系列于2015年推出，Xilinx用户在工业视觉和医疗领域的新设计中，有三分之二都是从Zynq开始的，该系列集成度高，且能够提供更高的灵活性。随着用户对更小器件尺寸、成本敏感型设计的需求越来越多，新款ZU1器件应运而生。除了在尺寸、成本方面的优化，ZU1的功耗表现也可圈可点，静态功耗比ZU2低40%。

 
“大型和小型的Zynq UltraScale+之间，最大的区别在于可编程逻辑器件的数量。Zynq在市场上比较受欢迎的原因是因为对处理器的子系统没有做出任何改变，许多软件、驱动设计都没有变化，原有的软件、编码等可以直接重复使用，这也有利于ZU1下一步的部署和使用”， Chetan Khona表示。

Artix UltraScale+ 是全新的FPGA系列，专为高 I/O带宽和 DSP 计算打造，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，与此同时还能实现更好的 DSP 计算功能。可用于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。 

 
Chetan Khona强调，Artix在计算密度上追求极致，具有30.9 万个系统逻辑单元、1200个DSP片。该系列进一步补足了Xilinx 16nm UltraScale+系列的可扩展性，至此，Artix、Kintex、Virtex三大系列分别针对成本敏感型、价格/性能功耗比、高性能和逻辑密度比，形成从低到高端的完整覆盖。

安全性也是新系列关注的重点，Artix和Zynq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Xilinx专有的Security Monitor（SecMon，安全监测）IP，满足商业项目的各种安全需求。

差异化优势满足智能边缘三大需求交汇

面对智能边缘多样的计算需求，包括CPU/GPU/NPU/DSP/FPGA的异构架构正在崛起，FPGA的优势是什么？

Chetan Khona认为，以工业、医疗为典型代表的智能边缘应用中，主要有三大需求，首先对芯片的生命周期、性能、可靠性、安全性、散热性和低功耗等，有最基本的要求；其次是低时延，可以想象一下，在工厂自动化的生产线上，很多电机都是同步作业，不能有任何脱节；除了这两个传统要求之外，第三个新的需求越来越多，即实时的AI推理。

这三大需求在很多场景中要同时满足，缺一不可。Chetan Khona补充，Xilinx能够将这三方面要求综合成一个器件去实现，这是Xilinx独有的差异化优势。他表示，抓住三大需求的交汇点——即AI推理对于实时决策的处理需求，正在成为Xilinx在工业、医疗等智能边缘应用中的全新优势。