Prosesor Aplikasi Daya Rendah GreenWaves GAP8 untuk Perangkat IoT Edge

GAP8 adalah prosesor aplikasi daya rendah berbasis RISC-V dari GreenWaves untuk perangkat IoT-edge. Prosesor ini dioptimalkan secara unik untuk menjalankan spektrum luas algoritma gambar dan audio termasuk inferensi jaringan saraf konvolusional dengan efisiensi energi yang ekstrem.

Dari luar, GAP8 tampak seperti MCU biasa dengan antarmuka UART, SPI dan I2C, RTC dan ROM/RAM pada chip. Namun, jika dilihat lebih dekat, terungkap bahwa mesin komputasi multi-intinya hemat daya.

Daya

GAP8 adalah prosesor fabless yang dirancang untuk memberi daya pada sensor IoT tingkat lanjut. Inti ISA RISC-V 1+8 yang diperluas dan mesin jaringan saraf konvolusional khusus memberikan daya pemrosesan tinggi pada titik penggunaan energi yang sangat rendah. Lietar mengatakan hal ini memungkinkan fitur-fitur seperti deteksi wajah yang selalu aktif di kamera video, atau penghitungan orang dalam ruangan dan deteksi kehadiran untuk berjalan pada sistem yang dioperasikan dengan baterai yang dapat beroperasi selama bertahun-tahun. Misalnya, penggunaan GAP8 untuk estimasi pose kepala pada laptop dapat mengurangi daya yang dibutuhkan untuk menjalankannya, menghilangkan pembuangan panas, dan memperpanjang masa pakai baterainya. GAP8 juga dapat digunakan untuk menggabungkan perekaman audio yang canggih, kontrol kata kunci, dan kemampuan rendering tertentu ke dalam speaker pintar nirkabel.

Proyek PULP (Parallel Ultra-Low-Power Processing Platform) di ETH Zurich dan RISC-V ISA sumber terbuka membentuk fondasi prosesor GAP8. Lietar mengatakan bahwa kombinasi ini menghasilkan arsitektur yang 20 kali lebih hemat energi daripada prosesor aplikasi kelas menengah terbaik dan dua hingga tiga kali lebih hemat biaya.

Kinerja

GAP8 dirancang untuk beradaptasi dengan kebutuhan setiap aplikasi individual dengan memanfaatkan penskalaan tegangan dan frekuensi dinamis canggih serta clock gating yang hanya mengaktifkan elemen-elemen yang diperlukan untuk melayani beban kerja saat ini. Arsitektur paralel PULP berbasis RISC-V dan unit vektor menghasilkan peningkatan kinerja yang signifikan dibandingkan MCU tradisional tanpa memerlukan kode rakitan.

Misalnya, konvolusi NN inti tunggal dasar hanya membutuhkan 2,5 siklus prosesor. Dengan bantuan akselerasi perangkat lunak dan perangkat keras, Greenwaves Technologies mampu memindahkan tugas komputasi intensif ini ke 8 inti kluster pada GAP8.

Dengan menggunakan GAP SDK dan perangkat yang disediakan oleh Komunitas PULP, pengembang dapat menulis kode-C inferensi yang dioptimalkan untuk arsitektur multiinti. Perangkat GWT Autotiler secara otomatis menghasilkan perangkat lunak tertanam yang dioptimalkan ini, mentransfer data dari memori L1 ke L2 dan L3 pada chip serta mengelola penataan antara area tensor yang berbeda. Hal ini memungkinkan kernel inferensi untuk mencapai MAC/siklus dan throughput tensor maksimum yang memungkinkan.

Kompatibilitas

GAP8 dapat digunakan dengan perangkat lunak dan perangkat yang sama seperti prosesor RISC-V lainnya. Misalnya, SDK mendukung semua debugger RISC-V standar termasuk OpenOCD dan Jlink. Semua sensor, radio, dan memori eksternal yang sama yang dapat digunakan dengan Arduino didukung oleh GAP8.

Arsitektur paralel PULP dari GAP8 memungkinkannya untuk memetakan model inferensi mendalam apa pun secara efisien ke 8 inti klusternya. Selain itu, unit vektor dan intrinsik memberikan kinerja tinggi. Semua inti dapat diprogram sepenuhnya dan dapat dioptimalkan dengan instruksi yang memadukan aliran kontrol dan komputasi.

SDK juga mencakup alat GAP Autotiler, yang menentukan penataan ubin yang optimal (misalnya alokasi aktivasi lapisan konvolusi atau data tensor bobot antara area memori L1 dan L2). Ini membantu memaksimalkan efisiensi GPU dengan mengoptimalkan hierarki memori. Ini adalah faktor kunci untuk memenuhi janji pencapaian AI berkinerja tinggi pada tingkat konsumsi daya yang kompatibel dengan pengoperasian bertenaga baterai selama bertahun-tahun.