TI 處理器與深度學(xué)習(xí)加速器

[TI]的AM6xA(如[AM68Ax]和[AM69Ax])邊緣AI處理器采用異構(gòu)架構(gòu)，帶有用于深度學(xué)習(xí)計(jì)算的專用加速器。這個(gè)加速器被稱為MMA -矩陣乘法加速器。該MMA與TI自己的C7x數(shù)字信號(hào)處理器一起，可以進(jìn)行高效的張量，矢量和標(biāo)量處理。加速器是獨(dú)立的深度學(xué)習(xí)處理，不依賴于主機(jī)ARM CPU。由于模型計(jì)算有大量的數(shù)據(jù)傳輸，加速器有自己的DMA引擎和內(nèi)存子系統(tǒng)，與SoC的其余部分連接到相同的DDR。這與專有的Super-tiling技術(shù)一起，導(dǎo)致高達(dá)90%的加速器引擎利用率和DDR帶寬驅(qū)動(dòng)盡可能低的功耗，以實(shí)現(xiàn)節(jié)能計(jì)算。
*附件：am68a 數(shù)據(jù)手冊(cè).pdf
*附件：am69a數(shù)據(jù)手冊(cè).pdf

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MMA架構(gòu)(來源:TI)
使用MMA作為AI功能的加速，整體SoC框圖如下圖所示。產(chǎn)品組合中的每個(gè)邊緣AI設(shè)備(如AM62A、AM68A等)的架構(gòu)都是相似的。

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AM6xA處理器框圖(來源:TI)

基于異構(gòu)架構(gòu)，片上系統(tǒng)(SoC)經(jīng)過優(yōu)化，可在多核Cortex-A微處理單元(mpu)上輕松編程，同時(shí)集成深度學(xué)習(xí)、成像、視覺、視頻和圖形處理等計(jì)算密集型任務(wù)。任務(wù)被卸載到專用硬件加速器和可編程核心上。使用高帶寬互連和智能存儲(chǔ)器架構(gòu)對(duì)這些核心進(jìn)行整體系統(tǒng)級(jí)集成，可實(shí)現(xiàn)高吞吐量和能源效率。通過系統(tǒng)組件的預(yù)集成實(shí)現(xiàn)優(yōu)化的系統(tǒng)BOM。請(qǐng)注意，像AM62A這樣的成本和功耗優(yōu)化的SoC并不包括所有硬件功能，例如GPU和DMPAC，或者可能包括性能降低的加速器變體以降低功耗。

深度學(xué)習(xí)效率

通常，TOPS(每秒tera次操作)用于衡量深度學(xué)習(xí)的性能比較。TOPS不能完全涵蓋深度學(xué)習(xí)性能的所有方面，因?yàn)樗€依賴于內(nèi)存(DDR)容量和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。

實(shí)際的推理時(shí)間取決于系統(tǒng)架構(gòu)利用系統(tǒng)中最優(yōu)數(shù)據(jù)流的效率。因此，更好的性能基準(zhǔn)是給定模型在給定輸入圖像分辨率下的推理時(shí)間。更快的推理時(shí)間允許處理更多的圖像，從而產(chǎn)生更高的每秒幀數(shù)(FPS)。因此，F(xiàn)PS除以TOPS (FPS/TOPS)顯示了建筑的效率。同樣，F(xiàn)PS/瓦特是嵌入式處理器能源效率的一個(gè)很好的基準(zhǔn)。

特性

處理器內(nèi)核：

• 高達(dá)雙 64 位 Arm Cortex-A72 微處理器子系統(tǒng)，頻率高達(dá) 2GHz
  • 每個(gè)雙核 Cortex-A72 群集 1MB 共享 L2 緩存
  • 每個(gè) Cortex-A72 內(nèi)核 32KB L1 D-Cache 和 48KB L1 I-Cache
• 深度學(xué)習(xí)加速器：
  • 高達(dá) 8 萬億次每秒作 （TOPS）
• 帶有圖像信號(hào)處理器 （ISP） 和多個(gè)視覺輔助加速器的視覺處理加速器 （VPAC）
• 雙核 Arm Cortex-R5F MCU，在通用計(jì)算分區(qū)中高達(dá) 1.0GHz，帶 FFI
  • 16KB L1 D-Cache、16KB L1 I-Cache 和 64KB L2 TCM
• 雙核 Arm? Cortex-R5F? MCU，頻率高達(dá) 1.0 GHz，支持設(shè)備管理
  • 32K L1 D-Cache、32K I-Cache 和 64K L2 TCM，所有內(nèi)存均支持 SECDED ECC
• 帶有圖像信號(hào)處理器 （ISP） 和多個(gè)視覺輔助加速器的視覺處理加速器 （VPAC）
  • 480 MPixel/s 圖像處理器
  • 支持高達(dá) 16 位的輸入 RAW 格式
  • 寬動(dòng)態(tài)范圍 （WDR）、鏡頭畸變校正 （LDC）、視覺成像子系統(tǒng) （VISS） 和多標(biāo)量 （MSC） 支持
  • 輸出顏色格式 ： 8 位、12 位和 YUV 4：2：2、YUV 4：2：0、RGB、HSV/HSL

多媒體：

• 顯示子系統(tǒng)支持：
  • 最多 4 個(gè)顯示器
  • 最多兩個(gè) DSI 4L TX（最高 2.5K）
  • 1 個(gè) eDP 4L
  • 1 個(gè) DPI 24 位 RGB 并行接口
  • 安全功能，如凍結(jié)幀檢測(cè)和 MISR 數(shù)據(jù)檢查
• 3D 圖形處理單元
  • IMG BXS-4-64，高達(dá) 800MHz
  • 50GFLOPS，4GTexels/秒

  • 500MTexels/s，>8GFLOPs

  • 支持至少 2 個(gè)合成圖層
  • 最高支持 2048x1080 @60fps
  • 支持 ARGB32、RGB565 和 YUV 格式
  • 支持 2D 圖形
  • OpenGL ES 3.1、Vulkan 1.2
• 兩個(gè) CSI2.0 4L 攝像機(jī)串行接口 （CSI-Rx） 加上帶 DPHY 的 CSI2.- 4L Tx （CSI-Tx）
  • 符合 MIPI CSI 1.3 標(biāo)準(zhǔn) + MIPI-DPHY 1.2
  • 支持高達(dá) 2.5Gbps 的 1、2、3 或 4 數(shù)據(jù)通道模式
  • 使用 CRC 校驗(yàn) + RAM 上的 ECC 進(jìn)行 ECC 驗(yàn)證/校正
  • 虛擬通道支持（最多 16 個(gè)）
  • 能夠通過 DMA 將流數(shù)據(jù)直接寫入 DDR
• 視頻編碼器/解碼器
  • 支持 5.1 級(jí)高級(jí)的 HEVC （H.265） 主要配置文件
  • 支持 5.2 級(jí) H.264 BaseLine/Main/High 配置文件
  • 支持高達(dá) 4K UHD 分辨率 （3840 × 2160）
  • 4K60 H.264/H.265 編碼/解碼（高達(dá) 480MP/s）

內(nèi)存子系統(tǒng)：

• 高達(dá) 4MB 的片上 L3 RAM，具有 ECC 和一致性
  • ECC 錯(cuò)誤保護(hù)
  • 共享一致性緩存
  • 支持內(nèi)部 DMA 引擎
• 最多兩個(gè)帶 ECC 的外部內(nèi)存接口 （EMIF） 模塊
  • 支持 LPDDR4 內(nèi)存類型
  • 支持高達(dá) 4266MT/s 的速度
  • 多達(dá) 2 個(gè) 32 位數(shù)據(jù)總線，每個(gè) EMIF 具有高達(dá) 17GB/s 的內(nèi)聯(lián) ECC
• 通用內(nèi)存控制器 （GPMC）
• 在 MAIN 域中最多兩個(gè) 512KB 片上 SRAM，受 ECC 保護(hù)

設(shè)備安全性：

• 具有安全運(yùn)行時(shí)支持的安全啟動(dòng)
• 客戶可編程根密鑰，最高 RSA-4K 或 ECC-512
• 嵌入式硬件安全模塊
• 加密硬件加速器 – 具有 ECC、AES、SHA、RNG、DES 和 3DES 的 PKA

高速串行接口：

• 一個(gè) PCI-Express （PCIe） Gen3 控制器
  • 每個(gè)控制器最多 4 個(gè)通道
  • 第 1 代 （2.5GT/s）、第 2 代 （5.0GT/s） 和第 3 代 （8.0GT/s）作，具有自動(dòng)協(xié)商功能
• 一個(gè) USB 3.0 雙角色設(shè)備 （DRD） 子系統(tǒng)
  • 增強(qiáng)的 SuperSpeed Gen1 端口
  • 支持 Type-C 切換
  • 可獨(dú)立配置為 USB 主機(jī)、USB 外圍設(shè)備或 USB DRD
• 兩個(gè) CSI2.0 4L 攝像機(jī)串行接口 RX （CSI-RX） 和兩個(gè)帶 DPHY 的 CSI2.0 4L TX （CSI-TX）
  • 符合 MIPI CSI 1.3 標(biāo)準(zhǔn) + MIPI-DPHY 1.2
  • CSI-RX 支持 1、2、3 或 4 數(shù)據(jù)通道模式，每通道高達(dá) 2.5Gbps
  • CSI-TX 支持 1、2 或 4 數(shù)據(jù)通道模式，每通道高達(dá) 2.5Gbps

以太網(wǎng)：

• 兩個(gè)以太網(wǎng) RMII/RGMII 接口

閃存接口：

• 嵌入式多媒體卡接口 （eMMC? 5.1）
• 1 個(gè)安全數(shù)字 3.0/安全數(shù)字輸入輸出 3.0 接口 （SD3.0/SDIO3.0）
• 兩個(gè)同步閃存接口配置為
  • 一個(gè) OSPI 或 HyperBus? 或 QSPI，以及
  • 一個(gè) QSPI

技術(shù)/封裝：

• 16nm FinFET 技術(shù)
• 23mm x 23mm、0.8mm 間距、770 引腳 FCBGA （ALZ）

技術(shù)文檔

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