Chip AI de potência ultra baixa aumenta a expectativa

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GreenWaves aprimora a arquitetura, usa FD-SOI para cortar a energia em 5x

LONDRES – A próxima geração do acelerador de inteligência artificial de baixa potência da GreenWaves, o GAP9, consumirá cinco vezes menos energia que seu antecessor, o GAP8, ao lidar com algoritmos 10 vezes maiores. O novo dispositivo oferecerá até 50 GOPS com um consumo total de energia de 50mW. Isso se deve a uma combinação de melhorias arquiteturais e uma nova tecnologia de processo de ponta FD-SOI (silício totalmente empobrecido no isolador).

Assim como o dispositivo da geração anterior, o GAP9 tem como objetivo inferir a IA em sistemas na extremidade da rede, como pequenos nós sensores de IoT alimentados por bateria. Como exemplo, os números da GreenWaves têm o GAP9 executando o MobileNet V1 em imagens de 160 x 160 com escala de canal de 0,25 em apenas 12ms com um consumo de energia de 806 μW / quadro / segundo.

A GreenWaves, com sede em Grenoble, na França, escolheu o processo FDX FD-SOI de 22nm da GlobalFoundries para minimizar o consumo de energia do que já era uma arquitetura de energia ultrabaixa.

"Para o GAP9, ajustamos a arquitetura do GAP8 usando o feedback do cliente no GAP8, mas, ao mesmo tempo, passamos para um processo semicondutor líder de mercado", disse Martin Croome, vice-presidente de marketing da GreenWaves. "Estamos usando a capacidade de polarização do corpo no FD-SOI para permitir um consumo de energia ainda mais baixo".

Melhorias arquitetônicas

O GreenWaves fez vários avanços arquitetônicos para o GAP9.

Mais um núcleo RISC-V foi adicionado, elevando o total para 10. Um núcleo é usado como um controlador de malha, bem como para computação de baixa intensidade em certos modos. Os outros nove compõem um cluster de computação com uma área de dados L1 compartilhada. Um núcleo neste cluster (o novo) é usado como mestre do grupo de tarefas, calculando movimentos de memória e gerenciando tarefas nos outros oito núcleos.

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A RAM interna foi triplicada para 1,6 MB e a largura de banda da memória aumentou para 41,6 GB / s para L1 e 7,2 GB / s para L2.

"Essa (largura de banda da memória) agora é muito significativa para um dispositivo da classe MCU", disse Croome.

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Arquitetura GreenWaves GAP9
A arquitetura do chip AI de ultra baixa potência GAP9 da GreenWaves agora usa 10 núcleos RISC-V (Imagem: GreenWaves)

Alterações na arquitetura GAP9 também incluem uma frequência superior muito mais alta; GAP8 com clock de 175MHz, GAP9 será executado em ou próximo a 400MHz. Novos estados de energia também foram adicionados, incluindo um estado "sonolento" quando os dados podem ser adquiridos, mas o consumo de energia ainda está abaixo de 1 mW. Nesse estado, o processador pode funcionar com um LDO (Low Dropout Regulator), que pode ser iniciado rapidamente. Isso leva o tempo do GAP9 para a primeira instrução para apenas alguns microssegundos (o GAP8 levou cerca de 700 µs enquanto aguardava a estabilização do conversor DC-DC, disse Croome). Esse recurso de inicialização rápida é útil ao capturar sinais baseados em tempo, como fala.

Todos os dez núcleos agora são capazes de lidar com números de ponto flutuante de 'transprecisão': formato IEEE de ponto flutuante de 16 e 32 bits, além de formatos adicionais de 8 e 16 bits com suporte para vetorização. Esse recurso pode ser usado para diminuir os requisitos de energia para algoritmos que requerem ponto flutuante. O GAP9 também suporta operações vetorizadas de 4 e 2 bits para aplicativos que exploram níveis profundos de quantização.

Outros novos recursos incluem interfaces de áudio multicanais bidirecionais.

Espera-se que o GAP9 atinja a produção em massa em 2021, com amostras chegando no primeiro semestre de 2020. Croome disse que o preço deve chegar a um prêmio de 50% em comparação com o GAP8. Dado o momento, os números de potência e o preço diferentes, a empresa espera que ambos os produtos encontrem os mercados daqui para frente.

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