提及FPGA，許多人的第一印象就是“難，難于上青天”，一方面/VHDL與C語言大庭相徑，需要徹底理解FPGA內部的邏輯結構的知識，另一方面，FPGA不僅邏輯思維很重要，在數學思維上的化繁為簡在優化過程中也讓人頭疼。對于掌握知識不同的軟件工程師或硬件工程師，都駐足在了上手難度的門外，尤其是想要開發一些具有AI的復雜算法場景就更加雪上加霜了……
就在2019年10月9日統一軟件開發過程，賽靈思公司（）發布了里程碑式的 Vitis? 統一軟件平臺，以“突破軟硬壁壘，解鎖全員創新” 為主題，解鎖軟件開發者的硬件加速壁壘，將賽靈思獨特的自適應計算能力帶給全員開發者的新篇章。
對比較熟悉的開發人員，可能在認知中是一家偏向硬件的企業，此次發布的軟件軟件平臺正是為適應現如今行業發展、為不同層次開發者提供便捷開發能力、為行業創造更大價值而發布的。
21ic中國電子網記者受邀參加此次發布會，賽靈思大中華區銷售副總裁唐曉蕾（Maria） 及賽靈思軟件和人工智能高級經理羅霖（Andy）現場為記者解答相關問題。
既可編程又自適應的Vitis：行業三大趨勢中應運而生
在開始介紹這款軟件平臺前，首先強調的便是，這款工具不同以往，是“開放，標準，免費”的。對于FPGA熟悉的人，一定對也并不陌生，這也許是歷史上第一次將軟件開發平臺免費。
現場，據唐曉蕾介紹，如今，行業正邁向三個趨勢——AI激增、異構計算、從云端到邊緣。
第一，AI激增：AI也是近幾年最火熱的詞，從數據中心、5G、自動駕駛、基因組學、醫療、金融等各種應用的大規模應用，導致數據量的激增，這種情況下就需要一個非常統一的平臺。
第二，從云端到邊緣：數據量的激增導致大量的計算需要放在云端。假若都在云端計算對整個帶寬的要求是不是一樣的，所以產生了邊緣計算；但都在端計算，功耗、計算能力都是問題。所以這種情況，云端與邊緣的統一化逐漸成為現今的最佳解決方案。
第三，異構計算：在計算能力不足以完成當前任務量之時，行業引入了CPU+ASIC、CPU+GPU、CPU+FPGA的概念，這也便是異構計算的概念。而所提出的異構，與傳統異構并不同，是自適應的異構，主要是軟件感知架構，這種架構將不再單純用硬件決定應用場景。當然去年10月發布的ACAP也已提出軟件自適應計算加速平臺，該平臺是為配合ACAP而生。
圖1：賽靈思大中華區銷售副總裁唐曉蕾（Maria）
在這種趨勢下，如何解決這種問題？唐曉蕾表示，現今基本大多采用可編程或自適應來解決，但大多數情況下，市面的CPU、GPU、ASSP在可編程和自適應上市場還難以做到二者同時存在，Vitis正是這樣一款既可做到可編程，又可做到自適應的軟件平臺。
正如上文所述，Vitis這款軟件平臺是免費開放的，是一款統一的軟件平臺，可實現在 異構平臺（包括 FPGA、SoC 和 ACAP）上開發嵌入式軟件和加速應用。它可為邊緣、云和混合計算應用加速提供統一編程模型?？梢宰尠ㄜ浖こ處熀?AI 科學家在內的廣大開發者都能受益于硬件靈活應變的優勢。
Vitis統一軟件平臺：創造效率降低成本
據羅霖介紹，現如今，應用場景是非常碎片化、多樣化、創新化的，舉個例子來說，自動駕駛的廠商軟件迭代周期非常短，模型近乎每周更新，這個前提下專門為某個應用做一款芯片是不可能滿足客戶需求的，客戶需求的是擴展靈活的平臺，可以根據應用和工作負載自動優化系統，包括軟件和底層的硬件，這也是Vitis能為市場帶來價值的最大價值。
圖2：賽靈思軟件和人工智能高級經理羅霖（Andy）
那么這款Vitis統一軟件平臺究竟有哪些功能？Vitis 統一軟件平臺是將Vitis目標平臺、Vitis核心開發套件、Vitis加速庫集合在一起的統一平臺，可完成從端到云不同形態的需求，具體功能包括：
圖3：Vitis統一軟件平臺所具有的的功能
Vitis目標平臺：Vitis目標平臺為平臺定義了基本軟硬件架構及應用環境，包括外部存儲接口、自定義輸入輸出接口和軟件運行時。
Vitis核心開發套件：包括編譯器、分析器、調試器、賽靈思運行時庫（ 庫，即XRT）。
庫主要目的是為上層用將底層細節抽象，包括終端處理、生命周期管理、內存數據搬運，都是由該庫負責進行。 庫可促進應用代碼（運行在嵌入式 ARM 或 x86 主機上）與加速器（部署在基于 PCIe 的 加速卡、基于 MPSoC 的嵌入式平臺或 ACAP 的可重構部分上）之間的通信。它包括用戶空間庫和 API、內核驅動、電路板實用程序和固件。
編譯器既包含C/C++/的編譯器，也包含賽靈思的V++編譯器，主要用來針對具體的應用產生具體加速內核；分析機能夠直觀了解底層到底層間究竟發生什么；調試器可以在遇到錯誤或Bug時，幫助分析進行調試。
在用戶體驗方面，該套系統的用戶體驗將會給工程師帶來非常熟悉的開發環境，與此前所使用的的ARM、DSP開發流程完全一致。
Vitis加速庫：包括庫、BLAS庫、金融庫，另外還包括專門針的解決方案Vitis AI和Vitis video，其中Vitis AI將在下文中介紹，Vitis video面世在即，這兩款解決方案也可幫助開發特定環境方面的應用。
通過上述的三重功能，對于開發“苦手”的人可直接應用相關庫進行開發，而專業人員也可以使用相關的套件和提供的經過優化的庫進行高效率開發，減少開發時間的同時還可節省成本。
值得一提的是，自28nm開始的器件均可使用該平臺，另外一般的FPGA都可支持，不過ACAP一定要使用Vitis進行開發。
Vitis AI：由傳統軟件轉向深度學習
在人工智能時代，市場已逐漸從傳統的軟件開發方法轉向深度學習的算法。自1997年IBM深藍成為國際象棋的冠軍開始，IBM 、等逐漸可實現性能超越人類的高精準應用，現在對于人工智能軟件的注重程度越來越高。諸如汽車駕駛員輔助系統（ADAS）、機器人出租車是現在正在發展的項目，而在2024年，汽車還將實現全自動駕駛。在這樣的背景下，Vitis同樣也具有這樣的解決方案——Vitis AI。
圖4：傳統軟件已逐漸走向深度學習
據羅霖介紹，Vitis AI底層是業界主流的框架，包括、Caffe、，另外，包括37個開源的模型，這些模型是針對不同應用，諸如智慧城市、智能駕駛、實施目標分析跟蹤等，開發者可以直接取用模型進行開發。
圖5：Vitis AI所具有的的功能
當然Vitis AI中也擁有非常強大的開發套件，包括AI優化器（AI ）、AI量化器（AI ）、AI 編譯器（AI ）、AI 分析器（）。
據羅霖介紹，AI優化器可以將計算量較大的原始模型優化，從而提高模型在硬件上的運行性能；AI量化器可將浮點模型編譯為8bit模型，高效部署在目標平臺上；AI編譯器可將定點過的模型編譯成在平臺上的可運行的機器代碼；AI分析器可在模型運行時分析每層運行的狀態、存儲的帶寬、計算量、運行效率等。
上文也有提到自適應運算，而自適應運算下應有自適應硬件進行支撐，就DPU上說，使用者可能在CNN DPU、LSTM DPU、上均會有需求，平臺在此方面的好處便是可根據用戶需求，通過工具生成高效率、定制化的硬件滿足業務需求，這也是最大的優勢?！霸跇I界，也是獨一無二能夠提供這種能力的半導體廠商”，羅霖如是說。
Vitis AI的目的是讓客戶能夠高效開發神經網絡應用，在此方面針對具體的DPU有不同版本，包含高吞吐量、低延時、多通道等不同方案。值得一提的是，Vitis AI支持框架編譯，不需要代碼描述模型，從模型文件本身通過工具處理，即可生成在DPU上的機器代碼，所以編譯時間非常短。據悉，一個編譯的時間大約為1-2分鐘。
“一站式”解鎖全員創新
此前，在硬件代碼編程中擁有?設計套件，而此次發布的Vitis 獨立于 ? 設計套件，后者仍然繼續為希望使用硬件代碼進行編程的用戶提供支持。但是，Vitis 也能夠通過將硬件模塊封裝成軟件可調用的函數，從而提高硬件開發者的工作效率。
通過此次發布的Vitis與Vitis AI，對于層次不同的開發者擁有了自由的選擇。傳統的硬件工程師可以繼續使用開發工具進行開發，也可利用Vitis調用庫提高硬件開發效率；對于擅長底層移植或底層驅動的軟件工程師，可調用Vitis中預先定義好Shell、I/O和部分編程工程的硬件庫進行開發；對于應用軟件開發者可使用熟悉的語言，直接完成高級語言開發；對于AI科學家也可以利用高層次框架訓練自己的模型。
圖6：“一站式”解鎖全員創新
舉一個例子來說，智慧城市中較為典型的應用場景便是在道路或十字路口實時統計交通流量，因為需要捕捉大量的汽車和人流量，所以前端應用了大量的攝像頭，這些攝像頭會實時捕捉當時的視頻，完成特征提取然后發送至服務器或云端。這種情況下，在硬件上開發人員需要完成IP開發，開發完成后嵌入式人員開發在提供的基于Shell、的庫進行一定程度修改，應用開發人員可使用優化好的CNN加速、數據分析和數據加速的庫完成應用開發，算法人員則可應用非常熟悉的進行訓練模型。
應用了一站式Vitis的開發人員，既可以一站完成全部開發工作，也可以協同工作，從而提高群體的開發效率。
另外，Vitis還可以一步一步實現客戶所需要的性能。第一步，將整個算法和前后處理均放入CPU中完成，這部分不需要向底層硬件開發人員求助，可達到6FPS的性能；第二步，將DPU放在殼中，通過算法的加速性能可提升至30FPS；第三步，通過Vitis庫中預處理的空間轉換或視頻縮放，提升端到端的性能，可提升至40FPS；第四步，通過Vitis數據流中一些技巧，可實現高性能的流水線，可從40FPS提升至80FPS。
圖7：面向智能城市應用的自適應框架
免費的Vitis背后：5年1000人工年致力于創造美好世界
在介紹前，仍然需要強調的是該軟件平臺是“開放，標準，免費”的，那么這么一款免費軟件究竟有多大的投入？據了解，平臺歷經五年、投入總計 1000 個人工年而打造。目前業界同類廠商也正在向軟件開發靠攏，不同于業界的是在軟硬件全方位解鎖方面相比來說是獨一無二的。
研發方向一直致力于擁抱開源社區，自2001年起，在產品中便用到開源軟件和代碼。從2007年開始，在不同開源項目中貢獻代碼，諸如Zynq、GCC。而在今后，Vitis所發布編譯器、優化器、機器人將會貢獻更多的代碼?，F如今，8個庫提供400多種功能，并且開箱即用加速。
圖8：擁有廣泛的開源庫
“雖然我們是一家半導體供應商，但還是希望能夠做一個對世界、對人類有貢獻的供應商”，唐曉蕾表示，目前平臺已擁有許多應用案例。第一個是基因治療，應用了的產品可將基因組的分析時間從1天縮短到20分鐘，能夠受益的重癥新生兒會更多；第二個是，即汽車自動駕駛，而在此方面通過的硬件能夠將安全和靈活性統一在一起；第三個是衛星通信，正因它對保密性和技術上更加嚴苛，通過的優勢則更加明顯。
在社區方面，發布了開發者網站，匯集了諸多的示例、教程和文檔，目前已有30+專家文章及項目已經發布，且在不斷增長中，覆蓋9大細分領域。值得一提的是，該網站將持續更新，并鼓勵用戶分享創新。
圖9：發布開發者網站
據唐曉蕾介紹，在2019年年收入約為30.6億美元，目前全球約有5,000名員工，6萬多客戶，4400多個專利。
另外統一軟件開發過程，是首家擁有FPGA-as-a-公有云的服務商，世界首例將5G無線部署在自適應計算領域的廠商，汽車方面出貨量已達1.6億片，在航空航天是自適應計算的第一大廠商，擁有70%的工業物聯網視覺市場份額，并且在自適應計算測試測量上是第一大邏輯IC供應商。
總的來說，Vitis是一款從云到端、從軟件到AI都提供了綜合全面的庫和模型的統一軟件平臺，更重要的是所擁抱的“開放，標準，免費”必將為行業創造更多的可能。
據悉，今年12月3日和4日，賽靈思開發者大會亞洲站（XDF Asia）將在北京舉行，屆時更多的應用將被展示。