KI, bitstrømmer og simulering

Som omtalt i en tidligere artikkel, var kunstig intelligens i design og verifisering endelig et mer håndfast diskusjonsemne under FPGA-forum i Trondheim. Andre tema var nye FPGA-arkitekturer, robotstyring, ny designmetodikk, modellering og simulering, og ikke minst et stort spekter av anvendelser.

For en skarve bladfyk vil det være for mye å gape over å gi et fyldig referat fra alle de tekniske presentasjonene – da vil vi heller oppfordre folket til å møte opp på neste arrangement i februar 2027. Og i den forbindelse gjerne bidra med en presentasjon av egne erfaringer, noe som ville glede både programkomitéen og publikum. Men en liten bildereportasje kan vi by på, som en stemningsrapport fra årets arrangement.

Brian Colgan fra Microchip tok oss med på en reise gjennom egenskapene til selskapets flashbaserte Polarfire-serie, som blant annet har den særegne egenskap at de ikke er utsatt for såkalte single event upsets (SEU), hvilket betyr at en tilfeldig strålingshendelse ikke påvirker driften. – Polarfire-serien er fortsatt den mest strømgjerrige FPGAen i sin klasse, og tilbyr både funksjonell sikkerhet, ML-funksjonalitet i kanten osv., forteller han.

I fjor lanserte selskapet Polarfire Core, egnet for industrielle og innvevde applikasjoner. Den støtter også robotapplikasjoner i form av bevegelsesstyring, ISN, Ethercat nettverk mm. – Her kan vi f.eks. tilby flerakse motorstyring integrert som IP, fremholder Colgan, og demonstrerer en humanoid hånd med 20 frihetsgrader og 24 motorer.

Den relativt ferske FPGA-leverandøren Efinix vokser raskt, med sin alternative tilnærming: I stedet for å lage tradisjonelle blokker av logiske celler, gjør de alle cellene – såkalte XLR-celler – programmerbare som enten logikk eller ruting. – Den viktigste fordelen med dette er at du unngår lange ledere på brikken, og dermed oppnår høyere hastigheter og lavere effektbruk, sier Fabian Kuge.

I tillegg integrerer selskapet flere nakne brikker i i SiP-enheter, dvs. inkludert FPGA, DDR, Flash med mer i samme pakke. Deres nyeste Titanium-FPGA kommer i prøveversjoner i juni.

Jonathan Graf fra Graf Research fortalte hvordan bruk av såkalt Bitstream Equivalence Checking kan løse et problem i kritiske applikasjoner, der tradisjonelle verifikasjonsverktøy ikke validerer selve bitstrømmen, noe som åpner et potensielt sikkerhetshull. Samtidig kan det være vanskelig å gjøre dette med kommersielle verktøy uten å «kompromittere» leverandørens IP, ifølge Graf.

En løsning kan være å bruke Enverite PV-bit, et leverandørgodkjent BEC-verktøy som kan vise logisk og fysisk ekvivalens mellom den rutede nettlisten og konfigurasjonsbitstrømmen. – Enkelt fortalt kan man si at verktøyet oversetter fysiske nettliste- og bitstrømimplementeringer til designforventninger som kan kryssjekkes for å verifisere bitstrømmer med hensyn til logikk og ruting, sier Graf.

Olaf Jürgens presenterte Cologne Chip og deres GateMate FPGAer som er produsert ved hjelp av Globalfoundries avanserte 28nm Super Low Power (SLP) prosessteknologi, og leverer god ytelse og energieffektivitet. De er produsert i Tyskland, og sikrer best mulig kvalitet og en robust forsyningskjede til enhver tid, ifølge Jürgens.

GateMates arkitektur er bygget rundt et effektivt LUT-tre med 8 innganger, som muliggjør komplekse logiske funksjoner med minimal ressursbruk. Integrerte skalerbare multiplikatorer og multipleksere med 8 innganger gir forbedrede aritmetiske muligheter og fleksibel dataruting.

Cologne Chips patenterte in-silicon die-to-die-sammenkoblinger gjør det mulig å kutte større FPGAer fra en enkelt silisiumskive og muliggjør betydelig flere og raskere forbindelser mellom flere brikker i én pakke. Neste år lanserer selskapet militære- og romgodkjente versjoner.

En annen interessant nykommer er Heronic, som satser på FPGA-baserte maskinvareakseleratorer for KI i kanten. – Her skal vi utnytte intelligens med overmenneskelige kapasiteter, hevder Alex Montgomerie-Corcoran. – Utfordringen i dag er faktisk at maskinvare for kant-KI generelt har et utnyttelsesproblem. Potensialet øker, men utnyttelsen minker.

– Vi utnytter derimot KI og automatisering for å finne den beste arkitekturen for KI-akselerasjon. Dermed beveger vi oss fra generelle GPU/NPU-løsninger til spesialisert maskinvare. Hvorfor? KI-modeller er ren dataflyt. Det burde maskinvare være også, sier han. – Det er et stort behov for KI-akselerasjon, og FPGA gjør det mulig. – Våre løsninger har en mer heterogen arkitektur, mer dedikerte pipelines, mer minnehåndtering ombord på brikken og programvareeksekvering uten vertsprosessor, påpeker han. 

David Clift fra britiske FirstEDA tok et blikk på sikre FSM- (finite state machine) design for sikkerhetskritiske FPGA-systemer. – Omkring 17% av FPGA.prosjekter opplever trivielle bugs som følger med i produksjon, hevder han. Blant annet funksjonelle feil, inkludert feilende FSMer. Også tiltak mot ting som single event upset – SEU – bør tas i betraktning. – Lag et sett av kodestandarder og sett dem i verk, er første oppfordring, ifølge Clift, som gikk gjennom en rekke tiltak for koding, feildeteksjon og designråd. Til slutt anbefalte han et verktøy som Aldec ALINT-Pro for designregelsjekk.

Jan Anders Mathisen fra Avnet Silica kunne presentere kremen fra AMD, i form av systembrikken AMD Versal AI Edge Series Gen 2, som skal levere eksepsjonell integrasjon for å oppnå intelligens på én brikke for sanntids, KI-drevne innvevde systemer. Den har hele 18 prosessorkjerner; hvorav 8 Arm Cortex A78AE applikasjonsprosessorer og 10 Arm Cortex R52 sanntidsprosessorer. Den har videre en AIE-ML v2 KI-motor, integrert GPU og maskinvarebasert bilde-/videoprosessering, for å nevne noe. 

– Her demonstrerer vi bl.a. et utviklingskort som er i salg nå og som virkelig demonstrerer mulighetene med denne teknologien, sier Mathisen, som helst ikke vil røpe prisen. Men billig er det ikke. Til gjengjeld er potensialet stort med den nye Versal-teknologien. Blant annet har den videokodeker som f.eks. kan støtte opptil 15 kamera i et overvåkingssystem. 

Lightside Instruments AS utvikler instrumenter med modellbasert nettverksadministrasjon for bruk i nettverk, nettverkstilkoblingstesting og telemetri. Designet med YANG-modellen (RFC7950) og NETCONF-protokollen (RFC6241). Basert på IETF-standarder og utkast. Implementert med programvareverktøy tilgjengelig i Debian, programmerbar logikk og åpen maskinvare.

– Vi snakker om «cutting edge» – den nyeste teknologien på orkestrering av testinstrumenter, sier gründer og daglig leder Vladimir Vassilev. På mange måter snakker vi her om en ny generasjon instrumentering, i forhold til det National Instruments (NI) gjorde i sin tid.

På FPGA-forum fikk de demonstrert noe av kapasiteten i løsningen, for anledningen med et innlånt, kostbart oscilloskop fra Rohde & Schwarz. – I dette oppsettet genererer vi Ethernet-testsignaler på en FPGA, satt på vårt hovedkort med transceivermoduler, forklarer Martin Stensgård. – Videre har vi et SFP-adapter som lar oss måle signalene med oscilloskopet. Det hele styres fra en PC med ngscopeclient, et åpent kildekodeprogram som analyserer signalintegritet i sanntid.

– Vi bruker en del åpne verktøy for å sjekke at vi lager riktig innhold på nettverket. Her kan vi se tid mellom pakker, hvor lang tid pakkene tar og andre ting som vanligvis ikke er innebygd i skop. Til sammenligning koster det svært mye for kommersiell programvare og tilstrekkelig avanserte skop, understreker Stensgård.

Lightside Instruments holder fortsatt til hos Bitraf i Oslo, og alt produseres i Norge.