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为什么微软要基于FPGA来进行人工智能芯片设计?

2020-10-23 10:13 次阅读

微软发明的GPUFPGA进行数据传输的方法,不仅可以带动基于FPGA进行人工智能芯片设计的发展,同时也可以加快深度学习技术发展的步伐。

集微网消息,2018年5月,在Bulid大会上,微软宣布 Project Brainwave 开放预览,这是一种用于深度神经网络处理的架构,可以用于Azure与边缘环境,并且可以让Azure成为实时运行人工智能最快的云平台。

为什么微软要基于FPGA来进行人工智能芯片设计呢?这是因为当时微软的搜索引擎都是依靠CPU驱动,尽管英特尔等公司不断改进CPU,但是这些芯片还是不能满足微软的需求。而此时恰好FPGA能弥补这个不足。

图形处理单元(GPU)已经被用于图形应用许多年,近年来也被应用于其他例如图形处理、搜索以及其他一般的应用。虽然FPGA和GPU均可以被视为专用处理器,但是在某些场合,如果FPGA与GPU之间可以进行通信以及任务的共享、转交,会更加高效的完成任务,这也是基于FPGA设计人工智能芯片的重要设计方案之一。

为了实现FPGA与GPU之间的通信,微软在2013年8月16日申请了一项名为“GPU和FPGA组件之间的直接通信的方法和系统”的发明专利(申请号:201380044351.6),申请人为微软技术许可有限责任公司。

根据该专利目前公开的资料,让我们一起来看看这项FPGA与GPU之间的通信技术吧。


为什么微软要基于FPGA来进行人工智能芯片设计?

如上图,为用于GPU和FPGA组件之间直接通信的系统框图,系统100包括存储计算机指令的存储器、中央处理单元(CPU)102、图形处理单元(GPU)104和现场可编程门阵列(FPGA)106,这些部件通过总线进行连接,传输数据包括经由PCIe交换机在GPU和FPGA之间直接传输数据。

而要达到数据传输的目的,必然不可避免要对于数据在硬件中进行编址,也就是例如基于虚拟存储器存储的数据,被存储在不连续的块中的数据的物理地址中时,需要进行地址编码。当数据在GPU与FPGA之间传输时,数据可以从FPGA的存储器传输到GPU中,由于采用了编址,因此也就不会发生数据错位、丢失等问题。

在GPU和FPGA通信中,也分为直接通信和间接通信两种方式,首先我们来看看间接通信方式。


为什么微软要基于FPGA来进行人工智能芯片设计?

如上图,为GPU和FPGA组件之间间接通信的系统示意图,如图所示,数据202经由GPU、快速PCI交换机、CPU和CPU存储器,在GPU存储器和FPGA存储器之间交换。这是一个间接的路径,由于在GPU和FPGA之间经过了CPU,因此也被称为GPU-CPU-FPGA传输。

这种间接传输的方式,虽然可以保证数据在GPU和FPGA之间共享,但是由于数据经过了两次PCIe交换机并由于操作系统和CPU存储器硬件两者的等待时间加时,因此增加了通信等待时间和操作系统的开销。


为什么微软要基于FPGA来进行人工智能芯片设计?

接着,我们来看看GPU和FPGA组件之间直接通信的流程图,如上图所示,首先要获取标识用于直接访问FPGA的存储器的地址的虚拟指针,例如FPGA驱动程序可以生成标识用于直接访问FPGA中的存储器的地址的虚拟指针。

之后就可以启动虚拟指针到与FPGA外部的GPU相关联的图形处理单元(GPU)驱动程序的传输,经过外部的总线接口,可以直接启动GPU与FPGA之间的数据传输,而无需作为中间操作来将数据存储在中央处理单元的存储器中。

以上就是微软发明的GPU与FPGA之间的数据传输方案,在微软进行基于FPGA的人工智能芯片设计的过程中,FPGA担任着机器学习算法的主要硬件基础。这种在GPU与FPGA之间传输数据的技术,势必会加速人工智能芯片的发展以及加快深度学习技术的发展。

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为什么微软要基于FPGA来进行人工智能芯片设计?

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NCV8664C LDO稳压器 150 mA 低压差 低Iq

NCV8660B LDO稳压器 150 mA 低压差 低Iq

0B是一款精密极低Iq低压差稳压器。典型的静态电流低至28μA,非常适合需要低负载静态电流的汽车应用。复位和延迟时间选择等集成控制功能使其成为微处理器供电的理想选择。它具有5.0 V或3.3 V的固定输出电压,可在±2%至150 mA负载电流范围内调节。 特性 优势 固定输出电压为5 V或3.3 V 非常适合为微处理器供电。 2%输出电压,最高VBAT = 40 V 维持稳压电压装载转储。 输出电流高达150 mA 我们广泛的汽车调节器产品组合允许您选择适合您应用的汽车调节器。 延迟时间选择 为微处理器选择提供灵活性。 重置输出 禁止微处理器在低电压下执行未请求的任务。 汽车的NCV前缀 符合汽车网站和变更控制& AEC-Q100资格要求。 低压差 在低输入电压下维持输出电压调节(特别是在汽车起动过程中)。 典型值为28 uA的低静态电流 符合最新的汽车模块要求小于100uA。 热关机 保护设备免受高温下的永久性损坏。 短路 保护设备不会因电流过大而在芯片上产生金属开路。 在空载条件下稳定 将系统静态电流保持在最低限度。...
发表于 07-30 18:02 107次 阅读
NCV8660B LDO稳压器 150 mA 低压差 低Iq

NCV8665 LDO稳压器 150 mA 低压差 低Iq 高PSRR

5是一款精密5.0 V固定输出,低压差集成稳压器,输出电流能力为150 mA。仔细管理轻负载电流消耗,结合低泄漏过程,可实现30μA的典型静态接地电流。 NCV8665的引脚与NCV8675和NCV4275引脚兼容,当输出电流较低且需要非常低的静态电流时,它可以替代这些器件。输出电压精确到±2.0%,在满额定负载电流下最大压差为600 mv。它具有内部保护,可防止45 V输入瞬变,输入电源反转,输出过流故障和过高的芯片温度。无需外部组件即可启用这些功能。 特性 优势 5.0 V固定输出电压,输出电压精度为2%(3.3 V和2.5 V可根据要求提供) 能够提供最新的微处理器 最大40 A静态电流,负载为100uA 满足100μA最大模块汽车制造商点火关闭静态电流要求 保护: -42 V反向电压保护短路 在任何汽车应用中都不需要外部组件来启用保护。 AEC-Q100合格 符合自动资格认证要求 极低压降电压 应用 终端产品 发动机控制模块 车身和底盘 动力总成 汽车 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 17:02 117次 阅读
NCV8665 LDO稳压器 150 mA 低压差 低Iq 高PSRR

NCV8664 LDO稳压器 150 mA 低Iq

4是一款精密5.0 V固定输出,低压差集成稳压器,输出电流能力为150 mA。仔细管理轻负载电流消耗,结合低泄漏过程,可实现典型的22μA静态接地电流。输出电压精确到±2.0%,在满额定负载电流下最大压差为600 mV 。 内部保护,防止输入电源反转,输出过流故障和过高的芯片温度。无需外部组件即可启用这些功能。 NCV8664的引脚和功能与NCV4264和NCV4264-2兼容,当需要非常低的静态电流时,它可以替代这些部件。 特性 优势 负载100μA时最大30μA静态电流 会见新车制造商最大模块静态电流要求(最大100μA)。 保护: -42 V反向电压保护短路保护热过载保护 在任何汽车应用中都不需要外部组件来启用保护。 极低压降电压 可以在低输入电压下启动时运行。 5.0 V和3.3V固定输出电压,2%输出电压精度 AEC-Q100合格 汽车 应用 车身和底盘 动力总成 发动机控制模块 信息娱乐,无线电 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 17:02 128次 阅读
NCV8664 LDO稳压器 150 mA 低Iq

NCV8675 LDO稳压器 350 mA 低压差 低Iq 高PSRR

5是一款精密5.0 V和3.3 V固定输出,低压差集成稳压器,输出电流能力为350 mA。仔细管理轻负载电流消耗,结合低泄漏过程,可实现34μA的典型静态接地电流。 内部保护免受输入瞬态,输入电源反转,输出过流故障和芯片温度过高的影响。无需外部元件即可实现这些功能。 NCV8675引脚与NCV4275引脚兼容,当需要非常低的静态电流时,它可以替代该器件。对于D 2 PAK-5封装,输出电压精确到±2.0%,对于DPAK-5封装,输出电压精确到±2.5%,在满额定负载电流下,最大压差为600 mV。 特性 优势 5.0 V和3.3 V固定输出电压,输出电压精度为2%或2.5% 能够提供最新的微处理器 负载为100uA时最大34uA静态电流 满足100uA最大模块汽车制造商点火关闭静态电流要求 保护: -42 V反向电压保护短路 在任何汽车应用中都不需要外部组件来实现保护。 AEC-Q100 Qualifie d 符合自动资格认证要求 极低压降电压 应用 终端产品 发动机控制模块 车身和底盘 动力总成 汽车 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 16:02 106次 阅读
NCV8675 LDO稳压器 350 mA 低压差 低Iq 高PSRR

NCV4264-2 LDO稳压器 100 mA 低Iq 高PSRR

4-2功能和引脚与NCV4264引脚兼容,具有更低的静态电流消耗。其输出级提供100 mA,输出电压精度为+/- 2.0%。在100 mA负载电流下,最大压差为500 mV。它具有内部保护,可防止45 V输入瞬变,输入电源反转,输出过流故障和过高的芯片温度。无需外部组件即可启用这些功能。 特性 优势 最大60μA静态电流,负载为100μA 处于待机模式时可以节省电池寿命。 保护: - 42 V反向电压保护短路保护热过载保护 无需外部元件在任何汽车应用中都需要保护。 极低压差 可以在低输入电压下启动时运行。 5.0 V和3.3 V固定输出电压,输出电压精度为2% AEC-Q100合格 应用 终端产品 车身和底盘 动力总成 发动机控制模块 汽车 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 13:02 110次 阅读
NCV4264-2 LDO稳压器 100 mA 低Iq 高PSRR

NCV4264 LDO稳压器 100 mA 高PSRR

4是一款宽输入范围,精密固定输出,低压差集成稳压器,满载电流额定值为100 mA。输出电压精确到±2.0%,在100 mA负载电流下最大压差为500 mV。 内部保护免受45 V输入瞬变,输入电源反转,输出过流故障和过高的芯片温度。无需外部组件即可启用这些功能。 特性 优势 5.0 V和3.3 V固定输出电压和2.0%输出电压精度 严格的监管限制 非常低的辍学 可以在低输入电压下启动时运行。 保护: -42 V反向电压保护短路保护热过载保护 在任何汽车应用中都不需要外部组件来启用保护。 AEC-Q100合格 符合汽车资格标准 应用 终端产品 车身与底盘 动力总成 发动机控制模块 汽车 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 13:02 225次 阅读
NCV4264 LDO稳压器 100 mA 高PSRR

NCV4264-2C LDO稳压器 100 mA 低Iq 高PSRR

4-2C是一款低静态电流消耗LDO稳压器。其输出级提供100 mA,输出电压精度为+/- 2.0%。在100 mA负载电流下,最大压差为500 mV。它具有内部保护,可防止45 V输入瞬变,输入电源反转,输出过流故障和过高的芯片温度。无需外部组件即可启用这些功能。 特性 优势 最大60μA静态电流,负载为100μ 在待机模式下节省电池寿命。 极低压降500 mV( max)100 mA负载电流 可以在低输入电压下启动时运行。 故障保护: -42 V反向电压保护短路/过流保护热过载保护 在任何汽车应用中都不需要外部组件来启用保护。 5.0 V和3.3 V固定输出电压,输出电压精度为2%,在整个温度范围内 AEC-Q100合格 应用 终端产品 发动机控制模块 车身和底盘 动力总成 汽车 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 13:02 205次 阅读
NCV4264-2C LDO稳压器 100 mA 低Iq 高PSRR

NCV8772 LDO稳压器 350 mA 低Iq

2是350 mA LDO稳压器,集成了复位功能,专用于微处理器应用。其坚固性使NCV8772可用于恶劣的汽车环境。超低静态电流(典型值低至24μA)使其适用于永久连接到需要具有或不具有负载的超低静态电流的电池的应用。当点火开关关闭时,模块保持活动模式时,此功能尤其重要。 Enable功能可用于进一步降低关断模式下的静态电流至1μA。 NCV8772包含电流限制,热关断和反向输出电流保护等保护功能。 特性 优势 固定输出电压为5 V 非常适合为微处理器供电。 2%输出电压上升至Vin = 40 V 通过负载突降维持稳压电压。 输出电流高达350 mA 我们广泛的汽车调节器产品组合允许您选择适合您应用的汽车调节器。 RESET输出 禁止微处理器在低电压下执行未请求的任务。 汽车的NCV前缀 符合汽车现场和变更控制& AEC-Q100资格要求。 低压差 在低输入电压下维持输出电压调节(特别是在汽车起动过程中)。 超低静态电流24μA典型 符合最新的汽车模块要求小于100μA。 热关机 保护设备免受高温下的永久性损坏。 短路 保护设备不会因电流过...
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NCV8772 LDO稳压器 350 mA 低Iq

NCV8770 LDO稳压器 350 mA 低Iq

0是350 mA LDO稳压器,集成了复位功能,专用于微处理器应用。其坚固性使NCV8770可用于恶劣的汽车环境。超低静态电流(典型值低至21μA)使其适用于永久连接到需要具有或不具有负载的超低静态电流的电池的应用。当点火开关关闭时,模块保持活动模式时,此功能尤其重要。 NCV8770包含电流限制,热关断和反向输出电流保护等保护功能。 特性 优势 固定输出电压为5 V 非常适合为微处理器供电。 2%输出电压上升至Vin = 40 V 通过负载突降维持稳压电压。 输出电流高达350 mA 我们广泛的汽车调节器产品组合允许您选择适合您应用的汽车调节器。 RESET输出 禁止微处理器在低电压下执行未请求的任务。 汽车的NCV前缀 符合汽车现场和变更控制& AEC-Q100资格要求。 低压差 在低输入电压下维持输出电压调节(特别是在汽车起动过程中)。 典型值为21μA的超低静态电流 符合最新的汽车模块要求小于100μA。 热关机 保护设备免受高温下的永久性损坏。 短路 保护设备不会因电流过大而在芯片上产生金属开路。 非常广泛的Cout和E...
发表于 07-30 12:02 112次 阅读
NCV8770 LDO稳压器 350 mA 低Iq

MC33160 线性稳压器 100 mA 5 V 监控电路

0系列是一种线性稳压器和监控电路,包含许多基于微处理器的系统所需的监控功能。它专为设备和工业应用而设计,为设计人员提供了经济高效的解决方案,只需极少的外部组件。这些集成电路具有5.0 V / 100 mA稳压器,具有短路电流限制,固定输出2.6 V带隙基准,低电压复位比较器,带可编程迟滞的电源警告比较器,以及非专用比较器,非常适合微处理器线路同步。 其他功能包括用于低待机电流的芯片禁用输入和用于过温保护的内部热关断。 这些线性稳压器采用16引脚双列直插式热片封装,可提高导热性。 特性 5.0 V稳压器输出电流超过100 mA 内部短路电流限制 固定2.6 V参考 低压复位比较器 具有可编程迟滞的电源警告比较器 未提交的比较器 低待机当前 内部热关断保护 加热标签电源包 无铅封装可用 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 06:02 102次 阅读
MC33160 线性稳压器 100 mA 5 V 监控电路

FAN53880 一个降压 一个升压和四个LDO PMIC

80是一款用于移动电源应用的低静态电流PMIC。 PMIC包含一个降压,一个升压和四个低噪声LDO。 特性 晶圆级芯片级封装(WLCSP) 可编程输出电压 软启动(SS)浪涌电流限制 可编程启动/降压排序 中断报告的故障保护 低电流待机和关机模式 降压转换器:1.2A,VIN范围: 2.5V至5.5V,VOUT范围:0.6V至3.3V 升压转换器:1.0A,VIN范围:2.5V至5.5V,VOUT范围:3.0V至5.7V 四个LDO:300mA,VIN范围:1.9V至5.5V,VOUT范围:0.8V至3.3V 应用 终端产品 电池和USB供电设备 智能手机 平板电脑 小型相机模块 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 04:02 278次 阅读
FAN53880 一个降压 一个升压和四个LDO PMIC

NCV5171 升压转换器 280 kHz 1.5 A 用于汽车

1 / 73产品是280 kHz / 560 kHz升压调节器,具有高效率,1.5 A集成开关。该器件可在2.7 V至30 V的宽输入电压范围内工作。该设计的灵活性使芯片可在大多数电源配置中运行,包括升压,反激,正激,反相和SEPIC。该IC采用电流模式架构,可实现出色的负载和线路调节,以及限制电流的实用方法。将高频操作与高度集成的稳压器电路相结合,可实现极其紧凑的电源解决方案。电路设计包括用于正电压调节的频率同步,关断和反馈控制等功能。这些器件与LT1372 / 1373引脚兼容,是CS5171和CS5173的汽车版本。 特性 内置过流保护 宽输入范围:2.7V至30V 高频允许小组件 最小外部组件 频率折返减少过流条件下的元件应力 带滞后的热关机 简易外部同步 集成电源开关:1.5A Guarnateed 引脚对引脚与LT1372 / 1373兼容 这些是无铅设备 用于汽车和其他应用需要站点和控制更改的ons CS5171和CS5173的汽车版本 电路图、引脚图和封装图...
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NCV5171 升压转换器 280 kHz 1.5 A 用于汽车

NCP161 LDO稳压器 450 mA 超高PSRR 超低噪声

是一款线性稳压器,能够提供450 mA输出电流。 NCP161器件旨在满足RF和模拟电路的要求,可提供低噪声,高PSRR,低静态电流和非常好的负载/线路瞬态。该器件设计用于1μF输入和1μF输出陶瓷电容。它有两种厚度的超小0.35P,0.65 mm x 0.65 mm芯片级封装(CSP),XDFN-4 0.65P,1 mm x 1 mm和TSOP5封装。 类似产品:
发表于 07-29 21:02 241次 阅读
NCP161 LDO稳压器 450 mA 超高PSRR 超低噪声

AR0521 CMOS图像传感器 5.1 MP 1 / 2.5

是一款1 / 2.5英寸CMOS数字图像传感器,有源像素阵列为2592(H)x 1944(V)。它通过滚动快门读数捕获线性或高动态范围模式的图像,并包括复杂的相机功能,如分档,窗口以及视频和单帧模式。它专为低亮度和高动态范围性能而设计,具有线路交错T1 / T2读出功能,可在ISP芯片中支持片外HDR。 AR0521可以产生非常清晰,锐利的数字图像,并且能够捕获连续视频和单帧,使其成为安全应用的最佳选择。 特性 5 Mp为60 fps,具有出色的视频性能 小型光学格式(1 / 2.5英寸) 1440p 16:9模式视频 卓越的低光性能 2.2 m背面照明像素技术 支持线路交错T1 / T2读出以启用ISP芯片中的HDR处理 支持外部机械快门 片上锁相环(PLL)振荡器 集成颜色和镜头阴影校正 精确帧率控制的从属模式 数据接口:♦HiSPi(SLVS) - 4个车道♦MIPI CSI-2 - 4车道 自动黑电平校准 高速可配置上下文切换 温度传感器 快速模式兼容2线接口 应用 终端产品 视频监控 高动态范围成像 安全摄像头 行动相机 车载DVR 电路图、引脚图和封装...
发表于 07-29 16:02 538次 阅读
AR0521 CMOS图像传感器 5.1 MP 1 / 2.5