【FPGAを用いた組み込み開発者必見】AMD社Versal™ 適応型SoCとは？

2023/10/10

製品情報

【FPGAを用いた組み込み開発者必見】AMD社Versal™ 適応型SoCとは？

皆さん、こんにちは。
FPGAを用いた組み込み開発を行う方々にとって注目の製品であるAMD社の適応型SoC（System on Chip）であるVersal™ 適応型SoCについてご存じでしょうか。

本ブログでは、Versal™ 適応型SoCの概要とVersal™ 適応型SoC最大の特徴であるAIエンジンについて詳しくお話ししていきます。それでは始めましょう。

1. Versal™ 適応型SoCの概要について
1-1. Versal™ 適応型SoCとは？
1-2. ユニークなコンセプト
1-3. AIエンジンの種類
2. AIエンジンの概要について
2-1. AIエンジンのアーキテクチャ
2-2. ベンチマーク結果によるAIエンジンの性能評価
2-2-1. Yoloを使用した際のベンチマーク結果
2-2-2. 画像処理を実行した場合の結果
2-2-3. 超音波の画像処理の実測値
3. 評価ボードVCK190について
4. おわりに

1. Versal™ 適応型SoCの概要について

1-1. Versal™ 適応型SoCとは？

Versal™ 適応型SoC（Versal Adaptive Compute Acceleration Platform、以下Versal）は、AMD社が提供する新しい適応型SoCファミリのひとつです。
一番の特徴は、従来のFPGAやSoCにはなかったAIエンジンが新たに追加されていることです。

AIエンジンはGPUライクな性能を持つエンジンであるため、VersalはCPU・FPGA・GPUの要素を兼ね備えたデバイスと言えます。そのため、ヘテロジニアス（異種混在）なアクセラレーションを可能にしています。

1-2. ユニークなコンセプト

Versalという名前は、Versatile（多用途・多目的）とUniversal（一般的な・部分的な・万能）という2つの言葉を組み合わせてできた造語で、多用途かつ万能な性質を持つというコンセプトを表しています。

図1. AMD社製品ラインナップ

1-3. AIエンジンの種類

AMD社が提供するVersalは、6つのシリーズで展開されています。
6つの中でも、AI RFシリーズ、AI Coreシリーズ、AI Edgeシリーズ、PremiumシリーズがAIエンジンを搭載しています。これらAIエンジンが搭載されたシリーズを活用することで、GPUよりも高い性能を実現できるとされています。

図2. Versal 適応型SoCラインナップ

例えば、図3のように同じ消費電力、同じフォームファクターで比較した際にAIエンジンを搭載しているVersal AI Core シリーズでは、1.5倍の性能を実現できています。

図3. 同ファクター、同消費電力におけるパフォーマンスの比較

では次に、AIエンジンのアーキテクチャについて見ていきましょう。

2. AIエンジンの概要について

2-1. AIエンジンのアーキテクチャ

AIエンジンはメッシュ構造を採用しており、コアとメモリが1つになっています。これにより、水平方向や垂直方向、またはストリーム通信を使用して、他のタイルと柔軟なデータ接続が可能となっています。このメッシュ構造によって、最大1.3GHzの高性能で効率的な計算を行うことができます。

また、AIエンジンのアーキテクチャは従来のアーキテクチャとは異なり、キャッシュメモリのボトルネックを回避しています。従来のアーキテクチャでは、複数のコアとキャッシュメモリが外部メモリと接続される構成でしたが、AIエンジンでは直接メモリ同士の連携ができるため、データのアクセスや演算をスムーズに行えます。