Microchip RISC-V FPGA SoC提供高性能功率比

塞巴斯蒂安

Xilinx 和 Intel 都将数据中心放在首位，这将推动可编程逻辑研发转向高性能领域。在某些情况下，这些趋势也会影响嵌入式电子领域应用的发展。但是对于无数应用而言，功耗和散热与性能一样重要，甚至更为重要。对于功耗和散热关注的应用主要出现在边缘，涵盖从传感器集线器到显示控制器再到图像处理和 AI 推理平台的所有内容。

开发这些解决方案的应用工程师、OEM 和集成商需要提高性能并增加工作负载的多功能性，但它们也需要保持在成本、功率和热限制范围内。

出于这个原因，Microchip 继续在其 PolarFire FPGA SoC 系列中进行创新——最近的 MPFS025 SoC 具有 25K 逻辑元件和硬化的四核RISC-V CPU。

据该公司称，MPFS025 SoC 可提供：

• 与竞争性 SRAM FPGA SoC 产品相比，功耗最多降低 50%
• 300 MHz 结构和 450 MHz DSP 流水线，可实现领先的 4K60fps 传输和处理效率
• 四个多速率、多协议 12.7 Gbps 收发器
• 扎根于加密控制的供应链的强大 IP 保护
  

一、高效的可编程性能

尽管具有性能和安全优势，但效率仍然是 Microchip MPFS025 PolarFire FPGA SoC 的重要特性。正如您在下图中所看到的，这体现在 CoreMark 得分为 5200 时，功耗仅为 1.2 W。

这要归功于主 RISC-V RV64GC 内核上的 32 个整数和 32 个浮点寄存器，以及组织成 18 x 18 MACC 的 68 个数学块。并且这些查找表是可分割的，这意味着它们可以缩减为两个 9x9，因此计算可以针对不同的位分辨率进行优化。

为什么这种效率水平很重要？显而易见的答案是任何具有固有功率敏感性的系统设计都会受益。但另外一点是，更高的性能通常意味着更多电路的更高频率和电压，这会导致产生过多的热量。

Microchip FPGA 产品营销总监 Tim Morin 表示，散热成本大约为 1.5 美元/瓦，因此，如果您可以使用最少的电路来最大限度地提高性能，您可以降低系统成本或将您的设计部署到更恶劣的环境中。

二、RISC-V 拯救嵌入式图像处理

但回到 RISC-V，除了处理效率之外，片上 RISC-V 内核的另一个优势是它们允许一般嵌入式工程师在基于可编程逻辑的设备上运行熟悉的 Linux 和/或 RTOS。

一旦这些开发人员习惯于使用 Microchip Libero 设计套件 2021.2 版等软件工具在 FPGA SoC 上进行开发，他们就会发现灵活的 2 MB L2 缓存和 LPDDR4 存储器支持可供他们进行应用开发。

MPFS025 PolarFire FPGA SoC 的功能组合使其几乎可在嵌入式视觉系统设计中即插即用。下图显示了作为图像处理Pipeline核心的 SoC，工程师只需将传感器集成到前端和外部存储器或输出上的显示器即可。

当然，开发人员希望增加更多的价值。在许多情况下，该价值将体现在应用程序级别。为此，Microchip MPFS025 PolarFire FPGA SoC 支持 OpenVX 等开放式开发框架以及 VectorBlox SDK 等更具针对性的解决方案。

VectorBlox SDK 与可在 Libero 中访问的 AI IP 配对，以帮助之前没有机器学习经验的开发人员优化神经网络算法，如无快门补偿或图像增强，以便在PolarFire FPGA SoC 上执行。 VectorBlox/PolarFire FPGA SoC 组合实现了比其他解决方案高 2-3 倍的能效推理。

同样在工具方面，Microchip 在 2021 RISC-V 峰会之前发布了智能嵌入式视觉平台。智能嵌入式视觉平台集成了 RISC-V 应用程序开发人员创建嵌入式视觉或物联网边缘计算解决方案所需的所有构建块，包括：

• 双 4K MIPI CSI-2 摄像头
• HDMI 2.0 带 FPGA 夹层卡扩展
• CoaXPress 2.0
• SDI（6 Gbps 和 12 Gbps）
• 具有自动协商功能的通用串行 10 GE 媒体独立接口 (USXGMII) MAC IP
• USB 3.1 Gen 1 和 Gen 2 协议支持
  

三、未来演进

应用程序应该决定技术，而不是相反，因此 Microchip 将继续使用 MPFS025 等发展其中端 FPGA SoC 产品组合，预计芯片会在 2022 年第一季度出现。

对于 RISC-V 新手来说，最后一个重要的考虑因素是不断增长的生态系统，它可以帮助加速和保护您的工程投资。例如，Microchip 的 Mi-V RISC-V 生态系统包括了免费和商业支持。

完