עיבוד וקטורי מאפשר להתמודד עם אתגרי הדור החמישי
1 ספטמבר, 2022
טכנולוגיית AI Engine שפותחה על-ידי Xilinx ו-AMD, מספקת משאב מיחשוב הטרוגני ומקבילי אשר מותאם לצרכים של יישומי זמן אמת עתירי עיבוד ונתונים - דוגמת עיצוב אלומה במערכות 5G
הכתבה בחסות Avnet Silica Israel
מאת: איתמר קהלני, מנהל מוצרי 5G בחברת אבנט סיליקה
המורכבות הגוברת של רשתות התקשורת הניידות והצורך שלהן להגיב במהירות לשינויים בתנאי העבודה, הופכת את השימוש בבינה מלאכותית (AI) לחיוני, אולם עקב מגבלות שונות שעימן הרשתות מתמודדות, יש צורך בגישה מאורגנת ומסודרת אל משאבי הבינה המלאכותית. "המאמר לעיל מתאר את הדרך שבאמצעותה הצליחו Xilinx ו-AMD לפתח ארכיטקטורת עיבוד מקבילית המתמודדת בהצלחה עם האתגר.
הכניסה לעידן הדור החמישי
טכנולוגיית הדור החמישי (5G) מגדילה במספר סדרי גודל את מהירות העברת המידע ואת מספר המנויים המחוברים אל כל תא סלולרי. היא נדרשת לספק זמני השהייה קצרצרים כדי לתמוך במערכות כמו Industry 4.0 ונהיגה אוטונומית, ובחוויית המשתמש הדרושה ליישומי AR/VR. תקשורת בגלים מילימטריים (mmWave) בתדרים גבוהים מ-30GHz מאפשרת להתמודד עם קצב העברת המידע, אולם היא בעלת טווח שידור וקליטה קצר, וחשופה לשיבושים עקב גורמים כמו צמחייה, שמשות, ואפילו לחות באוויר.
לכן יש צורך במערך צפוף של תאים מקומיים, אשר משלימים את מגדלי השידור של התאים הגדולים. להערכת חברת IDTechEx , עד שנת 2031 ייפרסו יותר מ-45 מיליון תאים קטנים כאלה. גם השימוש בטכנולוגיות MIMO, שבה מערך של אנטנות שולחות ומקבלות מידע במקביל, ובטכנולוגיות עיצוב אלומה (beamforming), הכרחיות ליישום רשתות דור חמישי.
דרישות העיבוד של עיצוב אלומה
טכנולוגיות עיצוב אלומה מאפשרות לבצע אופטימיזציה של השימוש בספקטרום הזמין בכל תא. אנטנות מערך מופע (Phased array) אשר מבצעות בפועל את עיצוב האלומה, מאפשרות למקד את האות האלחוטי בכל הכיוונים. כלומר, ניתן להגדיר קדימויות לאזורים וכיווני השידור והקליטה שמסביב לתא, בהתאם לסוג הדרישה בכל רגע נתון.
יחד עם זאת, השימוש בעיצוב אלומה דורש מערכת עיבוד אשר יכולה להתאים את עצמה לשינויים בתנאי העבודה של התא. בכל רגע, המערכת צריכה לאסוף ולנתח מידע של הפאזה וההגבר של האותות ולהגיב אליהם. הדבר דורש שימוש במעבדי אותות (DSP) זמן אמת הנתמכים על-ידי בינה מלאכותית ופועלים במקביל כדי לתמוך ברשת ולהבטיח זמני השהייה מזעריים.
יישום בינה מלאכותית
עד היום, הקושי המרכזי באימוץ מערכות הסקה מבוססות בינה מלאכותית, היה נעוץ בצורך ליישם מערכת עיבוד נתונים חזקה, מהירה מאוד ובעלת צריכת הספק נמוכה וגורם צורה קטן. צריך לזכור שתעשיית השבבים כבר לא יכולה להמשיך בתהליך המיזעור שאיפיין בעבר את חוק מור, וקצב המיזעור של ארכיטקטורות עיבוד מודרניות כבר אינו עומד בדרישות של הצרכים החדשים.
החברות AMD ו-Xilinx פיתחו טכנולוגיית עיבוד (AI Engine) במטרה להתמודד עם העומסים הכבדים האלה. כך למשל, מרכיבים מרכזיים בטכנולוגיית המחשוב המסתגל ACAP, פקודות בעלות אורך מילה גדול (VLIW), וטכנולוגיית העיבוד הווקטורי SIMD נועדו מראש לספק מענה ליישומי לימוד מכונה ועיבוד אותות מורכבים.
תקשורת 5G היא אחד מהיעדים המרכזיים של הארכיטקטורה הזו, אולם היא מספקת מענה גם לצרכים של מרכזי נתונים, LiDAR במערכות נהיגה אוטונומית, ציוד הדמאה רפואי ומערכות אוטומציה תעשייתית. היתרונות של גישת AI Engine מתבטאים בכך שהיא מספקת חיסכון של 40% בצריכת ההספק ושטח סיליקון קטן פי 8 – בהשוואה למעבדי אותות מיתכנתים קונבנציונליים.
המבנה של AI Engine
מנוע הבינה המלאכותית של AMD-Xilinx בנוי ממערך לבנים שכל אחת מהן מכילה מעבד RISC מתוכנת-C בעל 32 סיביות, זיכרון פקודות ייעודי, משאב RAM פנוי ויחידות לעיבוד וקטורי נקודת צפה ונקודה קבועה, עם הרגיסטרים הנדרשים. בנוסף, בכל לבנה כזו יש מנהל משימה ויכולות דיבאגינג, כולל קישוריות מתואמת לצורך גישה ישירה לזיכרון (DMA).
כל אחת מהלבנים האלה יכולה לבצע עיבוד וקטורי VLIW SIMD, המעניק לה יכולת לבצע פעולות עיבוד שונות במקביל: שתיים או שלוש פעולות עיבוד סקלריות, שתי פעולות וקטוריות, ופעולת עיבוד נקודה צפה או קבועה אחת – בכל מחזור שעון. באמצעות שליטה בתוכנה במשאבי הנקודה הצפה, ניתן להתאים את משאבי העיבוד אל היישום הספציפי על-מנת לקבל פעולה יעילה יותר. זכרונות המידע והפקודות הם סטאטיים, ולכן מונעים הפרעות בתיפקוד הנובעות משגיאות בזכרון המטמון (cache).
השימוש ב-AI Engine בתשתיות הדור החמישי, יאפשר לממש DSP זמן אמת תוך כדי עמידה ביעדי ההספק והגודל. הדבר נחוץ ביותר ברמת הרשת הקדמית (fronthaul), שבה המערכות צריכות לעמוד בדרישות של יחידות האלחוט (radio unit), יחידת הפצת האותות (DU) ברשת הגישה (RAN), לבצע את חישובי עיצוב אלומה ולהתאים את קיבולת התא לדרישות המשתנות.
סיכום
חברת Avnet Silica מפיצה ומספקת ללקוחות את טכנולוגיית AI Engine שפותחה על-ידי Xilinx ו-AMD, אשר מספקת משאב מיחשוב הטרוגני המוחתאם לצרכים של יישומים עתירי עיבוד ונתונים, דוגמת עיצוב אלומה במערכות 5G. הודות לארכיטקטורה המקבילית, ניתן לקבל קיבולת עיבוד גבוהה וזמני השהייה קצרים. מכיוון שמדובר בארכיטקטורה שהיא מיתכנתת ביסודה, היא יכולה לספק מענה לשינויים, להתאמות ולהופעת אלגוריתמים חדשים של עיצוב אלומה.
למידע נוסף על פתרונות ל-5G, הקליקו: Designing for a 5G world
לפרטים נוספים:
איתמר קהלני, מנהל קו מוצרי Xilinx בחברת אבנט סיליקה, 054-5206287, [email protected]
פורסם בקטגוריות: WIRELESS , דור חמישי , חדשות , כתבות טכנולוגיות בחסות אבנט , סמיקונדקטורס
כתבות נוספות העשויות לעניין אותך
