AMD新款自适应SoC：摒弃HBM，转向LPDDR

过去一年，在人工智能需求的推动下，存储需求暴涨。随之而来的供应紧张以及内存成本的上升，也给存储需求方带来新的考验。

“以嵌入式系统为例，无论是更快的网络与数据包处理，还是高带宽的RF信号处理，抑或更高分辨率的视频与成像，智能的嵌入式系统都需要更多的内存，这首先带来了成本问题；与此同时，还需有有足够的内存和带宽来实施工作负载；此外，考虑到其生命周期和环境因素，嵌入式应用的还必须有更宽的温度范围。”AMD自适应与嵌入式计算事业部高级产品管理经理Mike Rather在日前的一场分享会中如此说道。

他进一步指出，对于嵌入式系统而言，还需要关注一个问题，那就是空间的限制。

“无论是你用定制的电池板去做一个专业摄像机，还是采用OCP标准去封装一个工作负载卡片，或是采用模块化的仪器去进行测量封装更多的能力，我们都看到需要在更小的尺寸里去封装更多的能力。这就需要我们在提供更多内存的同时，也需要保持更小的外形尺寸，这也就需要更高水平的集成，所以当今的解决方案必须在占用更少空间的同时扩展内存。”Mike Rather接着说。

有见及此，Mike Rather认为，自适应SoC需要做出一些改变了。

其实在过去，针对不同应用需求，AMD推出了不同系列的Versal系列自适应SoC。但在高端方面，他们经常使用的方法主要就是采用HBM。例如在2018年的时候推出了有16GB的内存，400GB/s的带宽的Virtex UltraScale HBM 。

到了2022年的时候，AMD又推出了Versal HBM自适应SoC，实现了容量和带宽都翻番，达到了更高水平的“内存+可编程逻辑器”集成。但一些随之而来的问题也逐渐凸显，例如无法支持10至15年的生命周期，也没有办法在0℃以下获得认证。

在这种见解驱动下，AMD推出了第二代 Versal Premium MoP，在更小设计中实现更高内存容量与性能。

如图所示，据Mike Rather介绍，第二代 AMD Versal Premium MoP没有使用中介层，而是用内生的基板直接把单个FPGA的硅片和兼容JEDCE LPDDR5X进行连接。这种设计能给产品带来很多优势。例如在制造方面更加简单、更具可扩展性，还有供应链的优势。“如下图右下角所示，因为只有0.4毫米的间距，那就注定密度会更大，用户也是需要面对0.92毫米的间距，所以用户在电路板的操作方面会更加简单”，Mike Rather表示。

作为AMD首款集成了LPDDR5X、并做成了封装上内存的自适应SoC，这款产品最多可搭载四颗 LPDDR5X IC，容量高达 32 GB，速度高达 9000 MT/s，带宽高达 288 GB/s。在其中，AMD还融入了很多第二代Versal Premium已经经过认证的元素，进一步减少数据板的尺寸，降低复杂性。得益于这样的设计，它能够显著加速产品上市进程——通过省去外部内存接口所需的元器件选型与认证、原理图布局、电源与信号完整性分析以及板极验证等繁琐步骤，让客户直接从电路板和可用平台进行开发，缩短数月的研发周期。

Mike Rathe总结说，第二代 AMD Versal Premium MoP的核心优势首先体现在极致的小型化，通过在封装上集成双通道 64b 接口内存，在保持同等内存容量的前提下，将板极面积大幅节省超过 60%，从而完美适配 OCP 网卡以及 PCIe 半高半长等各种定制化的小外形尺寸需求。

此外，该芯片还兼具高可靠性与安全性。它由符合 JEDEC 标准的 LPDDR5X 组件构建，支持 -40℃ 到 110℃ 的宽温域以及 15 年以上的超长生命周期；得益于封装内内存设计，它有效减少了物理攻击面，使外部无法深入探测内存接口，大幅提升了系统的安全防护能力。

此外，第二代 AMD Versal Premium MoP使得以往在采用外部内存时难以实现或不具可行性的系统形态成为可能，例如企业和数据中心标准外形规格（ EDSFF ）等，同时也帮助设计人员满足电信等领域的需求，而这些需求往往是离散内存方案无法满足的。

除了上述功能，第二代 AMD Versal Premium MoP 器件还集成了很多功能。例如在硬 IP 中集成了 64Gb/s 的 CXL 3.1 和 PCIe 6.0，能在与 AMD EPYC 处理器搭配使用时，可实现高速数据传输，从而加速数据密集型应用。

通过支持最高 9,600Mb/s 的 LPDDR5X 以及连接 CXL 内存池化与扩展模块，AMD第二代 Versal Premium MoP 器件帮助系统架构师更灵活地扩展内存资源。

至于PCIe 完整性和数据加密（ IDE），作为 PCIe 6.0 引入的一项特性，通过在链路层对传输中的数据进行保护，帮助抵御物理攻击。集成控制器中的 DDR 内存加密功能，无需占用可编程逻辑资源即可帮助保护静态数据。硬化 400G 高速加密引擎支持高带宽安全处理，能在不牺牲吞吐量的前提下增强安全性。

Mike Rathe表示，在这些领先性能的支持下，第二代 Versal Premium MoP能够为音频/视频与广播，网络与通信，数据中心加速器，以及测试与测量等应用提供有力的支持。值得一提的是，用户现在即可使用现已出货的标准第二代 AMD Versal Premium 系列器件着手开发。对成熟的 AMD Vivado 和 Vitis工具流程、兼容 IP 以及可用参考设计的支持，有助于快速将设计从概念推进至部署阶段，同时使现有客户在无需重新设计或重新学习的情况下，即可采用新的 MoP 器件。

以广播与专业音视频应用为例，该方案不但能够支持实现高密度的视频处理，还可以按照需要实现确定性的实时性能，简化设计与快速上市。“它的带宽、节省的板极面积以及生命周期等优势都特别受到市场的青睐，具体的应用也囊括了多通道视频、实时AI视频、IP交换与ST 2110以及摄像与成像等多个方向。”Mike Rathe说。

来到测试与测量，第二代 Versal Premium MoP的优势也非常明显，包括PXI/PXIe仪器，还有无线测试仪、示波器与分析仪，以及信号生成和任意波形发生器（AWG）也都是该平台的主要应用方向。如在紧凑型的PXI应用中，该方案不但能够完美的适配标准的3U PXI的机箱，还可以加速其上市时间，提高客户的竞争力。此外，由于收发器搭配双PCIe Gen6 ×8，开发者可以基于此打造面向未来的测试平台。

“多年来，系统架构师必须在所需的内存带宽与其项目实际能够承受的空间、功耗和生命周期之间做出取舍。MoP 消除了上述权衡。客户可以围绕其目标系统进行设计，而不再受限于内存约束，从而更快将其推向市场。”AMD 自适应和嵌入式计算事业部产品管理和营销负责人 Sumit Shah 最后总结说。