在數(shù)字化工業(yè)的新浪潮中，西門子數(shù)字化工業(yè)軟件再次引領(lǐng)潮流，日前推出了名為Catapult? AI NN的革新性軟件，旨在為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)加速器在專用集成電路（ASIC）和芯片級(jí)系統(tǒng)（SoC）上實(shí)現(xiàn)高層次綜合（HLS）提供強(qiáng)有力的支持。Catapult AI NN的推出，標(biāo)志著西門子在人工智能（AI）與硬件設(shè)計(jì)融合領(lǐng)域邁出了堅(jiān)實(shí)的一步。

Catapult AI NN不僅僅是一個(gè)軟件工具，它更是一個(gè)綜合性解決方案的集合體。它擁有獨(dú)特的能力，可以從AI框架中捕獲神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的詳細(xì)描述，隨后將這些描述轉(zhuǎn)化為高效的C++代碼，并進(jìn)一步合成為Verilog或VHDL語(yǔ)言的RTL加速器。這樣的流程確保了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能夠順利地在芯片中得以實(shí)現(xiàn)，為開發(fā)者帶來了前所未有的便利和靈活性。

值得一提的是，Catapult AI NN集成了兩大開源技術(shù)：hls4ml和西門子Catapult? HLS軟件。hls4ml是一個(gè)專門用于機(jī)器學(xué)習(xí)硬件加速的開源軟件包，而Catapult? HLS軟件則是西門子在高層次綜合領(lǐng)域的杰出代表。兩者的結(jié)合，使得Catapult AI NN在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)加速器設(shè)計(jì)方面具備了極高的定制性和優(yōu)化能力。

這一創(chuàng)新性的解決方案背后，是西門子與美國(guó)能源部費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室以及其他為hls4ml做出貢獻(xiàn)的機(jī)構(gòu)的緊密合作。他們共同面對(duì)的挑戰(zhàn)是，如何滿足機(jī)器學(xué)習(xí)加速器設(shè)計(jì)在功耗、性能和面積（PPA）方面的獨(dú)特要求。Catapult AI NN的推出，正是對(duì)這一挑戰(zhàn)的積極回應(yīng)。

西門子數(shù)字化工業(yè)軟件副總裁兼高層次設(shè)計(jì)、驗(yàn)證和功耗總經(jīng)理Mo Movahed表示：“在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的交接過程，以及將其手動(dòng)轉(zhuǎn)換為硬件實(shí)現(xiàn)的過程中，效率往往非常低下，耗時(shí)且容易出錯(cuò)。特別是在針對(duì)特定性能、功耗和面積定制的硬件加速器變體時(shí)，這一問題尤為突出。Catapult AI NN的推出，將極大地提升AI/ML軟件工程師的開發(fā)效率，實(shí)現(xiàn)加速創(chuàng)新。”

隨著AI和機(jī)器學(xué)習(xí)任務(wù)的日益普及，從數(shù)據(jù)中心到消費(fèi)電器、醫(yī)療設(shè)備等領(lǐng)域，對(duì)于合適大小的AI硬件的需求也在快速增長(zhǎng)。Catapult AI NN的推出，正是為了滿足這一市場(chǎng)需求。與傳統(tǒng)的C++、Verilog或VHDL相比，多數(shù)機(jī)器學(xué)習(xí)專家更習(xí)慣于使用TensorFlow、PyTorch或Keras等工具。而Catapult AI NN的出現(xiàn)，為他們提供了一個(gè)無縫銜接的橋梁，使得他們能夠在不改變?cè)泄ぷ髁鞒痰那疤嵯拢瑢⑸窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)模型高效地轉(zhuǎn)換為ASIC或SoC設(shè)計(jì)。

hls4ml的原始目標(biāo)是將AI框架中的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)描述轉(zhuǎn)化為C++代碼，以便在FPGA、ASIC或SoC上實(shí)現(xiàn)。而Catapult AI NN則將hls4ml的功能擴(kuò)展到了ASIC和SoC設(shè)計(jì)領(lǐng)域，提供了針對(duì)ASIC設(shè)計(jì)的專用C++機(jī)器學(xué)習(xí)功能資源庫(kù)。這使得設(shè)計(jì)人員能夠在不同的C++代碼實(shí)現(xiàn)之間進(jìn)行延時(shí)和資源方面的權(quán)衡，從而實(shí)現(xiàn)PPA的優(yōu)化。

費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室的新興技術(shù)主管Panagiotis Spentzouris表示：“粒子探測(cè)器對(duì)邊緣AI有著嚴(yán)格的約束條件。我們與西門子合作開發(fā)的Catapult AI NN，為我們提供了一個(gè)綜合性框架，使得我們的科學(xué)家和AI專家能夠充分利用他們的專業(yè)知識(shí)，即便他們并不是ASIC設(shè)計(jì)人員。這種框架同樣適用于經(jīng)驗(yàn)豐富的硬件專家。”

目前，Catapult AI NN已經(jīng)向早期采用者提供，并計(jì)劃于2024年第4季度全面推向市場(chǎng)。這一創(chuàng)新的解決方案將極大地推動(dòng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)加速器設(shè)計(jì)的發(fā)展，為AI技術(shù)的廣泛應(yīng)用提供強(qiáng)有力的支持。