下一代 ADAS 和自動(dòng)駕駛 （AD） 系統(tǒng)部署到市場(chǎng)后，將需要準(zhǔn)確、高速的識(shí)別、判斷和操作。卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) （CNN） 需要大量計(jì)算來(lái)進(jìn)行模式識(shí)別。隨著安裝的傳感器數(shù)量的增加，需要更高的 CNN 性能。然而，隨著功耗與性能成正比增加，需要一個(gè)笨重且昂貴的水冷系統(tǒng)。需要同時(shí)實(shí)現(xiàn)高深度學(xué)習(xí)性能和低功耗，以實(shí)現(xiàn)輕量級(jí)且具有成本效益的空氣冷卻系統(tǒng)。從實(shí)際的角度來(lái)看，實(shí)現(xiàn) 60TOPS 的 CNN 性能和 10TOPS/W 的效率是每個(gè) LSI 設(shè)備的最佳目標(biāo)。

具有高性能和高能效的 CNN 加速器

CNN 加速器 （CNNA） 的性能/效率目標(biāo)是實(shí)現(xiàn) 60TOPS 性能和 10TOPS/W 效率。從實(shí)現(xiàn)的角度來(lái)看，它是用三個(gè)相同的加速器而不是一個(gè)加速器來(lái)實(shí)現(xiàn)的。一個(gè)CNNA包含13，824個(gè)MAC算術(shù)單元，工作頻率為800MHz。三個(gè)CNNA的理論最大性能為66TOPS。此外，每個(gè) CNNA 通過(guò)一個(gè) 512 位互連模塊連接 2MB 專用暫存器 （SPM）。這提高了CNNA的執(zhí)行效率，將CNNA與外部存儲(chǔ)器（DRAM）之間傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量減少了約90%，并節(jié)省了DRAM接口和互連所消耗的功率。從測(cè)試芯片的實(shí)測(cè)來(lái)看，VGG16的性能為32TOPS，效率為6.1TOPS/W，CNNA優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)（Network-A）的性能為60.6TOPS，效率為13。

ASIL D 任務(wù)的安全機(jī)制

下一代 ADAS 和 AD 系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn) ASIL D 的功能安全，這是 ISO 26262 中最嚴(yán)格的安全級(jí)別。雙核鎖步 （DCLS） 是可以滿足 ASIL D 指標(biāo)的方法之一。可以通過(guò)在兩個(gè)冗余硬件上執(zhí)行相同的過(guò)程并比較它們各自的輸出來(lái)檢測(cè)。

CNNA 還需要硬件冗余來(lái)滿足 ASIL D 指標(biāo)，但簡(jiǎn)單地應(yīng)用 DCLS 需要大型 MAC 計(jì)算單元來(lái)實(shí)現(xiàn)冗余。這是不實(shí)用的，因?yàn)槊娣e和功耗顯著增加。為了在不添加冗余硬件的情況下實(shí)現(xiàn) ASIL D 指標(biāo)，兩個(gè) CNNA（CNNA1 和 CNNA2）由軟件動(dòng)態(tài)配置，以在需要安全的處理過(guò)程中執(zhí)行鎖步操作。

CNNA 用于從相機(jī)輸入的圖像識(shí)別處理 （ASIL B） 和從每個(gè)傳感器輸入的結(jié)果 （ASIL D） 對(duì)周圍環(huán)境進(jìn)行建模。但大部分執(zhí)行時(shí)間是以前的 ASIL B 圖像識(shí)別處理。因此，通過(guò)僅在周圍環(huán)境建模處理期間將 CNNA1 和 CNNA2 切換為鎖步操作，可以在不顯著影響性能或功率效率的情況下實(shí)現(xiàn) ASIL D 任務(wù)。

下面是CNNA使用鎖步DMAC（LDMAC）的鎖步操作。

1） LDMAC 將相同的數(shù)據(jù)從 DRAM 加載到 SPM1 和 SPM2。

2）CNNA1和CNNA2執(zhí)行相同的網(wǎng)絡(luò)處理。

3） LDMAC 從 SPM1 和 SPM2 讀取執(zhí)行結(jié)果并進(jìn)行比較。如果它們不匹配，則判斷為錯(cuò)誤。只有CNNA1的結(jié)果存儲(chǔ)在DRAM中。

實(shí)現(xiàn) ASIL D 的另一個(gè)重要因素是免于干擾 （FFI）。系統(tǒng)中混合了具有不同 ASIL 的任務(wù)。他們不得干擾更高級(jí)別的 ASIL 任務(wù)。前面說(shuō)過(guò)，CNNA是被不同ASIL級(jí)別的任務(wù)訪問的，所以每個(gè)任務(wù)使用的內(nèi)存空間必須是獨(dú)立的。

內(nèi)存空間隔離機(jī)制在CNNA、LDMAC和內(nèi)存管理單元（MMU）的內(nèi)存保護(hù)表中實(shí)現(xiàn)。當(dāng)前運(yùn)行任務(wù)的上下文索引被賦予來(lái)自CNNA和LDMAC的事務(wù)輸出。MMU 接收它并在逐個(gè)事務(wù)的基礎(chǔ)上切換上下文。

審核編輯：郭婷