新年伊始，AMD加快了各类新产品上市速度。2月6日，AMD推出侧重工业、医疗、智慧城市以积极汽车领域的嵌入式解决方案Embedded+架构；3月5日，AMD又推出专为成本敏感型边缘应用打造的AMD Spartan UltraScale+ 系列。据AMD 自适应和嵌入式计算事业部成本优化型芯片营销高级经理Rob Bauer 介绍：“Embedded+ 是嵌入式 ×86 + FPGA，主要应用是在边缘传感领域；Spartan UltraScale+ 系列则主要面向I/O扩展、电源控制、功耗控制、散热控制等领域。”值得一提的是，新产品的密集推出，正值AMD收购赛灵思2周年，“这是两家公司在合并后生良好协同效应的一个新例证。”AMD 工业、视觉、医疗与科学高级总监Chetan Khona表示。

AMD  Embedded+架构加快AI产品上市 

AMD 工业、视觉、医疗与科学高级总监Chetan Khona先生

在中国喜迎甲辰龙年之时，AMD宣布正式推出 Embedded+ 架构，这是一全新的架构解决方案，它将 AMD Ryzen（锐龙）嵌入式处理器和 AMD Versal 自适应 SoC 结合到单块集成板卡上，“提供了可扩展且高能效的解决方案，为原始设计制造商（ODM）合作伙伴加速产品上市进程。”Chetan Khona 介绍：“新Embedded+架构侧重工业、医疗、智慧城市以及汽车领域的嵌入式解决方案。”

现在的市场，“无论是视觉还是非视觉的传感器数据，在各种应用中重要性比以往更加高，同时，产生的数据量比以往都更客观。但数据只有在辅助决策才能发挥最大价值，很多决策需要在非常短的、规定时间内做出，特别是在工业和医疗级的应用，这个时间通常毫秒级”Khona说。

为了能够及时处理数据，需要在靠近数据产生的传感器设备端做数据处理，这被称为极限边缘、嵌入式边缘，或者叫做数目边界。目前，边缘处理市场体量正在迅猛增长。据ABI Research数据根据嵌入式AI应用中的边缘AI芯片组总的出货量预测，传感器数据分析中的AI芯片出货量将从2024年的不到6亿增长到2028年的14亿，机器视觉的出货量将从2024年的1亿多增长到2028年的6亿多。

市场正迅速发展，“但有一个基本但却经常被忽视的问题，就是如果没有像USB这样的消费端接口，如何把传感器数据导入到PC里。” Khona说：“很多工业和医疗应用会采用定制或非消费端接口，就需要一台优化的工业或医疗级PC，将传感器数据导入其中。除非采用FPGA或嵌入式SoC、SOM，可绕过PC进行数据导入，但这并不总是可行，因为，往往有很多任务都需要采用PC。”此外，随着自动化自主式和增强型系统发展，新的传感器数据还会增强对情境的感知。

“而AMD Embedded+ 架构可以简化数据导入到PC的路径，满足以上需求。不管数据是来自多个离散传感器，还是来自工业网络，Embedded+ 都能够让开发人员获取数据，实时处理数据，甚至可提供可视化。”Khona介绍。

做为一款可扩展方案，Embedded+架构在同一个主板上通过PCIe连接Versal和锐龙的嵌入式处理器，“AMD借助Embedded+ 架构和ODM合作伙伴产品，让传感器融合、AI推理、工业互联、 控制与可视化之路更简单。” Khona表示。

三大特点

Embedded+ 架构有三大特点，“首先，它通过采用Versal自适应SoC可编程I/O，能适配各类传感器和网络；其次，它能为处理任务减负—具体来说，除架构核心的X86处理器外，其四周环绕着减负元器件—可用于确定性低延迟的通信和处理可编程逻辑，高每瓦性能推理的AI引擎，可视化的Video集显，以及专用的视频编解码器等；最后，它能够缩短上市时间，这个架构针对传感器融合，AI推理、工业互联、控制和可视化都做了专门优化，可利用通用软件技术架构连接解决方案各部分。” Khona简要概括了Embedded+ 架构的三大特点。

具体特点如下：

1. 传感器友好型

• 通过可编程I/O直接连接各种传感器；

• 在模拟-数字边界执行传感器处理，可实现最大响应能力； 

• 为传感器融合提供本地支持。

2. 卸载处理

• 面向确定性低时延通信与处理的可编程逻辑； 

• AI引擎可实现高每瓦性能推理；

• 集成Radeon显卡，可提升多媒体体验。

3. 快速上市

• 针对传感器融合、AI推理、工业互联、控制与可视化进行了优化 ；

• 跨x86及Arm处理器、AI引擎以及FPGA架构的通用软件基础架构，适用于不同工作负载； 

• ODM集成能以小至mini-ITX的尺寸规格和低至30W的功耗实现价格、生命周期和质量优势。

具体应用

Embedded+ 架构的具体目标应用包括：搭载集成机器视觉图像采集卡的IPC、具备卸载工业互联与控制功能的IPC、具备运动规划功能的机器人控制器、带有连接探头的医用PC、智慧城市、安全及零售系统等。

首先，做为传感器友好型的Embedded+ 架构，AMD Embedded+架构中内含锐龙嵌入式处理器、Versal AI Edge自适应Soc，两相结合，通过扩展连接器，可提供与传统PC、网络设备、实时传感器和工业网络的相互连接，提高连接灵活性。特别是，Versal自适应SoC提供可编程I/O可提供从低速到32GB/秒的连接，支持各种标准，可交互各种传感器和网络，使得Embedded+架构可提供84种I/O选择。

在具体应用中，比如在机器视觉应用中，集成了机器视觉图像采集卡的工业PC、IPC，通过GigE vision和CoaXpress连接功能连接标准的摄像头，实现高带宽、低时延的通信。在无需缓冲的情况下，以最快速度对图像做预处理，并可同步多台相机。

在工业互联网应用中，Embedded+架构可以将确定性通信下放到Versal自适应SoC做处理，它可以运行时间敏感型网络（EtherCAT）或者任何工业互联的协议，“这也是FPGA一贯以来的优势，它有足够的处理能力来完成比简单的MAC功能更加多的功能。” Khona说。

另外在Versal设备里，Embedded+架构可完成所有转换、队列、优先级排序、数据交换、网络安全等各种操作，可确保实时响应，这都无需把处理任务责任交给X86处理器。

在机器人控制器应用中，AMR自主移动机器人或者AGV自动导引车，都是电池供电，功耗和尺寸对系统非常重要。机器人是由多个系统组成的系统，通常有三个要件：视觉系统、关节执行器或者运动控制以及中央控制器（也叫机器人控制器）。锐龙的Embedded支持常见的低速接口，比如：WIFI、GPS、IMU等，而且可以运行用于导航和路径规划的软件站。Versal可支持多摄像头输入，并以非常低的时延实时完成立体匹配，或拼接等工作，还可以将视觉数据与实时采集的其他数据进行叠加，并可以在之上跑AI应用，在此基础上做快速决策。

在医疗系统应用中，医用设备专用的传感器接口，比如B超或者内窥镜探头，可以连接到Embedded+ 系统的可编程I/O，在Versal里头以超低时延完成高分辨率的波速成形，图像信号的处理和图像重建，以及其他复杂算法运行，再通过Radeon显卡做渲染和可视化的呈现。据介绍，目前Embedded+支持Ubuntu的Linux系统，未来还会支持Windows。

此外，在智慧城市、安防和零售应用的AI盒子中，Embedded+可将多款标准的IP摄像头连接到AI盒子，对所有摄像头做AI处理，无需再为多台智能摄像设备单独付费，它还内置一些视频编解码器，可以无缝接收多支数据流并解码，再用Versal 的AI推理功能或者其他操作，做重新编码，将它发送或者直接显示在监视器上。它可以支持摄像头，2D、3D的条码阅读器，常用的客户端接口和终端销售的POS机。

在工业系统中，PC需要卸载，Embedded+ 架构支持处理任务的下放，可满足其需求。比如，在需要低时延、确定性网络和传感器接口时，Embedded+ 可提供扩展连接器、可编程I/O和FPGA的互联架构；需要实时控制时，Embedded+可提供Arm子系统和FPGA的互联架构；如果需要AI推理，Embedded+ AI引擎具有Versal AI Edge系列产品可满足其需求；如果需要视频解码、渲染和显示，Embedded+ 架构能提供H.264/265的视频编解码器和Radeon显卡。

据悉，目前市场上已有首款基于 Embedded+ 架构的ODM 解决方案— Sapphire Edge+ VPR-4616-MB，这是一款来自蓝宝科技（Sapphire Technology）公司的低功耗 Mini-ITX 主板。据介绍，它采用锐龙嵌入式 R2314 处理器和 Versal AI Edge VE2302 自适应 SoC，以低至 30W 的功耗提供了全套功能。此外，VPR-4616 还适用于全系统，包括内存、存储、电源和机箱。

工具与生态

针对Embedded+ 架构，AMD推出便捷的基础软件架构—Vitis工具流程现已提供。Khona介绍:”

在软件技术架构方面，开发人员可选择两种通信流：半定制或全定制两种模式。而在锐龙和Versal设备之间的通信，这两种模式都采用了Vitis XRT工具。”

以半定制流程为例，它提供一个预构件的技术架构，用户可以轻松的从锐龙Embedded处理器里调用Versal设备中的定制内核。“半定制相关的工具模式现已可以使用，全定制模式会在今年下半年推出。” Khona介绍。

Khona还介绍了Embedded+ 架构的生态系统。Embedded+ 支持系统设计人员从基于 Embedded+ 架构的 ODM 板卡产品生态系统中进行选择，让终端用户连接常用接口，扩展其产品组合，从而提供适合客户目标应用的性能和功耗配置，让用户更方便的使用，缩短产品上市时间。

“Embedded+ 架构不是单一芯片技术，未来会朝着单一芯片解决方案推进。” Khona介绍。

专为成本敏感型边缘应用打造的AMD Spartan UltraScale+ 系列

 AMD 自适应和嵌入式计算事业部成本优化型芯片营销高级经理Rob Bauer先生

 AMD 自适应和嵌入式计算事业部FPGA成本优化型产品组合产品线经理Romisaa Samhoud女士

紧接着3月初，AMD发布了专为成本敏感型边缘应用打造的AMD Spartan UltraScale+ 系列，这是AMD第六代Spartan FPGA。

“Spartan FPGA自1998年推出以来，到现在有25个头，已在多个行业和市场拥有非常高的知名度，广泛应用在医疗、宇宙探索、基础物理定律研究等等各行各业，比如挽救生命的自动除颤器、欧洲核子研究组织粒子加速器等各类应用。”AMD 自适应和嵌入式计算事业部成本优化型芯片营销高级经理Rob Bauer如是介绍。

Spartan FPGA结合了很多前瞻性产品特性，同时实现小尺寸、低密度和成本优化。而推动AMD不断在Spantan系列不断推陈出新的是“市场对于成本优化型FPGA和成本优化型解决方案有非常多需求，这推动我们在这个领域不断投资。” 

Rob表示：

• 首先，边缘连接设备与传感器爆炸式增长，有数据表明，2022到2028年，物联网设备的数量将增加2.3倍，推动市场对更高数量I/O、更通用I/O的需求，以及对于边缘端安全解决方案的需求；

• 其次，设计工程人员存在人才短缺现象。据IBS预测，全球设计工程师缺口约为30%，这一短缺不可能在短时间内弥补。现阶段需要最大限度提高开发人员开发效率；

• 市场对供应链稳定性、生命周期的持续需求的增加，比如工业市场，往往需要在4~6年实现产量提升，生命周期需要15年以上，这就需要我们提供的产品能够在较长时间内保持稳定。

Spartan UltraScale+ FPGA 系列能满足以上不断增长的市场需求。据介绍，它能提供非常高的I/O的密度—最多达572个I/O；低功耗—功耗较前代产品可降低 30% ；很强的安全功能，能为边缘端各种 I/O 密集型应用提供成本效益与高能效性能。

具体来说—

• 灵活的 I/O 接口连接与高功效算力

Spartan UltraScale+ FPGA 针对边缘端进行了优化，可提供高数量 I/O 和灵活的接口，这样“客户可以在更小的器件上实现更多功能，同时降低总成本、面积、体积、功耗。”Rob说。

据悉，Spartan UltraScale+ 系列提供了多达 572 个 I/O 和高达 3.3 伏的电压支持，可为边缘传感和控制应用实现任意连接。

而这一切是“通过16 纳米 FinFET 技术和硬化连接，例如DDR内存和PCIe，这样就能让逻辑单元更好地运行，进一步实现接口效率提升与降低功耗。” Rob介绍。相较于上一代 28 纳米 Artix 7 系列，Spartan UltraScale+ 系列预计可降低高达 30% 的功耗。

此外，AMD 自适应和嵌入式计算事业部FPGA成本优化型产品组合产品线经理Romisaa Samhoud介绍：“新款Spartan UltraScale+ 系列片上内存总数也得到增加，这是因为内置UltraRAM存储的支持，新系列还具有高达16.3 Gb/s的收发器速度。”

据悉，作为首款搭载硬化 LPDDR5 内存控制器和8 个 PCIe  Gen4 接口支持的 AMD UltraScale+ FPGA，能为客户同时提供功率效率与面向未来的功能。“这对于成本敏感型客户非常重要。我们提供了三种不同类型的I/O，可以支持MIPI D-PHY协议，多达572个I/O，支持3.3V电压，3.2 G MIPI D-PHY。” Romisaa介绍：“它可以实现任意连接，对于传感和控制应用来非常有用。比如工业机器人，有非常多的传感器、摄像头、机动马达和工业网络，它们需要这些功能去统筹运行。”

Romisaa还以数据中心的服务器应用为例，介绍了Spartan UltraScale+ 的统筹管理功能，服务器面里面有非常多的元器件，包括CPU、GPU、电源管理和散热，UltraScale+除了采用基板管理控制器能力外，还能非常好的统筹板上各个元器件管理，可确保功耗、散热和周边设备能够按照预想的设计运行。

• 安全功能

“在边缘端，安全性对客户越来越重要。Spartan UltraScale+ 系列提供了AMD 成本优化型FPGA产品组合中最多的安全功能，这是最亮眼的特性。”Rob说。

具体来说：

- 保护 IP：支持后量子密码技术并具备获 NIST 批准的算法，能提供先进的 IP 保护，抵御不断演进的网络攻击和威胁。物理不可克隆功能会为每个器件提供唯一指纹，以提升安全性。

- 防止篡改：PPK/SPK 密钥支持有助于管理过期或受损安全密钥，而差异化功率分析则有助于防止侧信道攻击。器件包含永久性篡改惩罚，以进一步防止误用。

- 最大限度延长正常运行时间：增强的单事件干扰性能有助于客户进行快速、安全配置，并提升可靠性。

• 提供业经验证的产品生命周期

现在解决方案的推出都是为了能赋能客户，而做到这一点，Romisaa表示：“一方面需要非常丰富的产品特性，特别能够贴合客户的应用场景，这点非常关键。同时，还要有相关配套工具，让开发人员很好使用，自如提升工作生产力。”

“现在软件行业存在很大挑战。” Romisaa介绍：“其中一个就是客户学习曲线问题，有非常多样化的供应商和不同工具，客户可能需要学习所有第三方不同的工具，包括用于仿真、合成，以及后边FPGA方面的资料也需要掌握。我们就是希望给客户提供单一、统一的工具，让所有产品组合和整个设计流程都能够使用它。帮助开发人员提高工作效能，只需要学会一套工具就能够保持高效的工作效能。而这通过Vivado工具套件，就可以产生值得信赖的结果。”

这是因为“我们采用计件时序模型，能够满足时序要求，能够在不同工艺、电压和温度方面给客户提供他们所想要的使用效果。同时Vivado具备非常高的安全标准功能。” Romisaa说。

“自2012年，AMD就推出了Vivado设计套件，这对客户非常具有吸引力。同一套工具可以覆盖整个产品组合，不管是小型的Spartan UltraScale+ FPGA，还是大型的Versal Premium FPGA，都可以使用同一套工具在组合里。同一套工具可以覆盖整个设计的全生命周期，从一开始的仿真到后期合成，到固件，都可采用同一套工具来设计。”Rob补充道。

据悉，AMD Spartan UltraScale+ FPGA 系列样片和评估套件预计于 2025 年上半年问世。文档现已推出，并于 2024 年第四季度自 AMD Vivado 设计套件开始提供工具支持。

对于FPGA新工艺节点的迁移，“比如45到28到20到16nm，我们总是会着眼于投资新的前端性工艺技术，现在我们将产品组合视为跨节点的产品组合，我们会继续投资于16纳米的Spartan UltraScale+ FPGA系列产品，同时也会继续投资于更先进的7纳米制程。” Rob说。