Microchip RISC-V FPGA SoC应用方案

赛灵思和英特尔都在优先考虑数据中心，这正在推动可编程逻辑研发向高性能插槽方向发展。在某些情况下，这些趋势也影响着嵌入式电子领域应用的发展。但对于无数应用而言，功耗和散热与性能一样重要，如果不是更重要的话。这些用例通常位于边缘，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。

是的，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——推出的具有 25K 逻辑元件和硬化四核 RISC-V CPU 的 MPFS025 SoC。

据该公司称，MPFS025 SoC 提供：

与竞争性 SRAM FPGA SoC 产品相比，功耗降低多达 50%

300 MHz 结构和 450 MHz DSP 流水线，可实现领先的 4K60 传输和处理效率

四个多速率、多协议 12.7 Gbps 收发器

强大的知识产权保护植根于加密控制的供应链

高效的可编程性能

尽管具有性能和安全优势，但效率是 Microchip 的 MPFS025 PolarFire FPGA SoC 的头条新闻。正如您在下图中看到的那样，这体现在 CoreMark 得分为 5200，功率仅为 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。这些查找表是可分割的，这意味着它们可以简化为两个 9x9，因此计算可以优化到不同的位分辨率。

为什么这种效率水平真的很重要？嗯，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将从中受益。但更深入一点，考虑到更高的性能通常意味着更多电路的频率和电压更高，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/W，因此，如果您可以用最少的电路启动来最大化性能，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，或两者。

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 的 Libero Design Suite 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 高速缓存和 LPDDR4 内存支持可供他们使用以进行应用开发。

MPFS025 PolarFire FPGA SoC 的功能组合使其在嵌入式视觉系统设计中几乎即插即用。下图显示了位于图像处理管道核心的 SoC，工程师只需将传感器集成到前端和外部存储器或输出端即可。

当然，开发人员会希望增加更多的价值。在许多情况下，该价值将在应用程序级别。为此，Microchip MPFS025 PolarFire FPGA SoC 支持 OpenVX 等开放式开发框架以及VectorBlox 加速器软件开发套件 （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 倍的节能推理。

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

带有 FPGA 夹层卡扩展的 HDMI® 2.0

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

充分利用中档

应用应该决定技术，而不是相反，因此 Microchip 将继续发展其中端 FPGA SoC 产品组合，包括 MPFS025 等设备。硅预计在 2022 年第一季度推出。

对于那些刚接触 RISC-V 的人来说，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 生态系统得到了来自 AdaCore、Amazon FreeRTOS、DornerWorks、Green Hills Software、Hex Five、Siemens Embedded、Veridify Security 和 Wind River 的免费和商业软件和工具的支持，以获取视觉系统建立在准备上市的平台上。

由于它是一个开放标准，为 PolarFire 设备开发的代码可以扩展和缩减 Microchip FPGA SoC 产品组合以及其他 RISC-V RV64GC 目标，而无需从头开始。

审核编辑：郭婷