يصادف هذا العام الذكرى الأربعين لأول مصفوفة بوابات قابلة للبرمجة ميدانيًا (FPGA) متاحة تجاريًا، مقدمةً بذلك مفهوم الأجهزة القابلة لإعادة البرمجة. ومن خلال ابتكار “أجهزة مرنة كالبرمجيات”، غيّر منطق FPGA القابل لإعادة البرمجة وجه تصميم أشباه الموصلات. فلأول مرة، أصبح بإمكان المطورين تصميم شريحة، وإذا تغيرت المواصفات أو المتطلبات أثناء التصنيع، أو حتى بعده، يمكنهم إعادة تعريف وظائفها لأداء مهمة مختلفة. أتاحت هذه المرونة تطويرًا أسرع لتصاميم شرائح جديدة، مما أدى إلى تسريع وقت طرح المنتجات الجديدة في السوق، وتوفير بديل لـ ASICs.
كان تأثيرها على السوق هائلًا. فقد أطلقت FPGAs صناعةً بقيمة تزيد عن 10 مليارات دولار، وعلى مدار العقود الأربعة الماضية، قمنا بشحن أكثر من 3 مليارات وحدة FPGA وأنظمة SoCs التكيفية (أجهزة تجمع بين نسيج FPGA ونظام على شريحة ومحركات معالجة أخرى) إلى أكثر من 7000 عميل في قطاعات سوقية متنوعة. في الواقع، لقد كنا روادًا في حصة سوق المنطق القابل للبرمجة على مدى السنوات الخمس والعشرين الماضية على التوالي، ونحن نعتقد أننا في وضع جيد لمواصلة الريادة في السوق استنادًا إلى قوة محفظة منتجاتنا وخريطة الطريق.
تسريع الابتكار
اخترع روس فريمان، المؤسس المشارك لشركة Xilinx (التي أصبحت الآن جزءًا من AMD)، FPGA، وهو مهندس ومبتكر رأى ضرورة إيجاد طريقة أفضل وأكثر فعالية من حيث التكلفة لتصميم الرقائق، تتجاوز أجهزة ASIC القياسية ذات الوظائف الثابتة. أتاحت FPGA للمهندسين الحرية والمرونة لتغيير تصميمات الرقائق فورًا، مع إمكانية تطوير وتصميم شريحة مخصصة في يوم واحد. كما ساهمت FPGA في ريادة نموذج الأعمال “الخالي من المصانع” الذي أحدث نقلة نوعية في صناعة أشباه الموصلات بأكملها. ومن خلال الاستغناء عن أدوات الأقنعة المخصصة وما يرتبط بها من تكاليف هندسية غير متكررة، ساهمت FPGA في تسريع ابتكار الأجهزة، مؤكدةً أن الشركات لم تعد بحاجة إلى امتلاك مصنع لإنتاج أجهزة متطورة، بل كل ما تحتاجه هو الرؤية ومهارات التصميم وFPGA.
خلال الأربعين عامًا التي انقضت منذ شحن أول FPGA تجاري في العالم (XC2064)، أصبح FPGA شائعًا في عالم الإلكترونيات ومتجذرًا في الحياة اليومية. واليوم، تُستخدم أجهزة الحوسبة التكيفية، بما في ذلك FPGAs وأنظمة SoC التكيفية وأنظمة الوحدات (SOMs)، في كل شيء بدءًا من السيارات وعربات السكك الحديدية وإشارات المرور، وصولًا إلى الروبوتات والطائرات بدون طيار والمركبات الفضائية والأقمار الصناعية، وصولًا إلى الشبكات اللاسلكية والمعدات الطبية ومعدات الاختبار والمصانع الذكية ومراكز البيانات، وحتى أنظمة التداول عالية التردد.
الابتكارات الرئيسية وإنجازات المنتج
أدت ابتكارات AMD واحتياجات السوق المتطورة إلى العديد من الإنجازات المذهلة في تقنية FPGA على مدار الأربعين عامًا الماضية.
- 1985: اطلاق XC2064 – أول FPGA تجاري
- 1990s: اطلاق XC4000 وVirtex FPGA – أول وحدتي معالجة إشارات رقمية مدمجة (DSP) للبنية التحتية اللاسلكية.
- 1999: إطلاق عائلة Spartan – بديلاً اقتصاديًا لـ ASICs التقليدية للتطبيقات واسعة النطاق.
- 2001: أول FPGA مزود بـ SerDes مدمج.
- 2011: أصبح Virtex-7 2000T أول وحدة إنتاج في الصناعة لتغليف رقاقة على رقاقة على ركيزة (CoWoS) – مما ساعد على ريادة استخدام تقنيات التكامل ثنائية الأبعاد المتقدمة التي أصبحت أساسًا لأنظمة الحوسبة عالية الأداء، وهي الآن تُغذي موجة ابتكارات وحدات معالجة الرسومات (GPU) في مجال الذكاء الاصطناعي.
- 2012: عائلة Zynq – أول نظام على رقاقة (SoC) متكيف يجمع بين معالجات Arm والمنطق القابل للبرمجة.
- 2012: Vivado Design Suite – جعل تصميم FPGA في متناول مطوري البرامج.
- 2019: إطلاق أول أنظمة Versal المتكيّفة على رقاقة (SoCs) – مقدمةً محركات ذكاء اصطناعي مخصصة وشبكة على رقاقة قابلة للبرمجة (NOC).
- 2019: منصة Vitis الموحدة للبرمجيات – تقدم أدوات ذكاء اصطناعي مُحسّنة مسبقًا وطبقات تجريد لتسريع الاستدلال.
- 2024: سلسلة Versal AI Edge من الجيل الثاني – تدمج المنطق القابل للبرمجة، ووحدات المعالجة المركزية، ومعالجات الإشارة الرقمية، ومحركات الذكاء الاصطناعي، لتحقيق أول تسريع شامل للذكاء الاصطناعي على رقاقة واحدة، وتُشغّل جيلًا جديدًا من التطبيقات التي تتطلب حوسبة غير متجانسة، ومنخفضة الكمون، وموفرة للطاقة.
- 2024: عائلة Spartan UltraScale+ FPGA، تُضاف إلى مجموعتنا الواسعة من أنظمة FPGA المُحسّنة من حيث التكلفة وأنظمة SoCs المتكيّفة، وتُقدّم أداءً فعالاً من حيث التكلفة والطاقة لتطبيقات الإدخال/الإخراج المكثفة على الحافة.
كان لإطلاق برنامجي Vivado وVitis دورٌ بالغ الأهمية في دفع عجلة توسع السوق. يتيح برنامج Vivado للمطورين تبسيط سير العمل، وتقصير دورات التطوير، وتحقيق أداء أعلى بفضل ميزات متقدمة مثل التوليف عالي المستوى، وتحسينات التعلم الآلي، والتكامل السلس لنواة IP.
وفرت بيئة تطوير Vitis أدوات مُحسّنة مسبقًا وطبقات تجريد للمساعدة في تسريع استدلال الذكاء الاصطناعي. يتضمن الإصدار الأخير (2024.2) وظائف جديدة، مثل أداة مستقلة لتصميم C/C++ المدمج، وتحسينات لتبسيط استخدام أنظمة AMD Versal التكيفية على الأنظمة (SoCs) مع محركات الذكاء الاصطناعي. نواصل الاستثمار في هذه الأدوات لزيادة إنتاجية المستخدمين وتمكينهم من الاستفادة من أنواع البيانات ونماذج الذكاء الاصطناعي الجديدة والمتطورة.
الذكاء الاصطناعي على الحافة
تعمل معظم أحمال عمل الذكاء الاصطناعي اليوم على وحدات معالجة الرسومات (GPU) في مراكز البيانات. ومع ذلك، تتزايد عمليات معالجة الذكاء الاصطناعي على الحافة. تتصدر تقنية FPGA النمو السريع للتطبيقات المُدمجة بالذكاء الاصطناعي في طيف واسع من الصناعات. توفر FPGAs وأنظمة SoC التكيفية معالجة منخفضة الكمون لبيانات المستشعرات في الوقت الفعلي، مما يُمكّن من تسريع استدلال الذكاء الاصطناعي على الحافة. ومع طرح نماذج الذكاء الاصطناعي التوليدية الأصغر حجمًا مؤخرًا، يمكننا أن نشهد “لحظة ChatGPT” على الحافة، حيث يمكن تشغيل نماذج الذكاء الاصطناعي الجديدة هذه على أجهزة الحافة، سواء على جهاز كمبيوتر يعمل بالذكاء الاصطناعي، أو في سيارتك، أو روبوت مصنع، أو في الفضاء، أو أي تطبيق مُدمج.
فيما يلي بعض الأمثلة على كيفية تمكين تقنية الحوسبة التكيفية من AMD لأحمال عمل الذكاء الاصطناعي على الحافة اليوم:
- ناسا – تُمكّن شرائح AMD Virtex FPGAs الذكاء الاصطناعي على مركبات ناسا المريخية للكشف عن الصور ومطابقتها وتصحيحها، وتصفية البيانات غير المفيدة قبل إرسالها إلى الأرض. إضافةً إلى ذلك، تُتيح أحدث أنظمة Versal AI Edge التكيّفية المُخصصة للفضاء استدلالًا مُسرّعًا بالذكاء الاصطناعي في الفضاء، وذلك بفضل محركات الذكاء الاصطناعي المُحسّنة المُحسّنة لتطبيقات التعلم الآلي.
- سوبارو – اختارت شركة سوبارو نظام Versal AI Edge Series Gen 2 التكيّفي من AMD لدمج قدرات الذكاء الاصطناعي في نظام مساعدة السائق ADAS “EyeSight” من الجيل التالي.
- SICK – تُساعد شرائح AMD Kintex UltraScale+ FPGAs وإطار عمل FINN ML شركة SICK على تحسين أتمتة المصانع من خلال توفير عمليات فحص سريعة ودقيقة للطرود.
- Radmantis – تُمكّن أجهزة AMD Kria التكيّفية SOM من AMD استدلالًا بالذكاء الاصطناعي في الوقت الفعلي لتعزيز تربية الأسماك المستدامة.
- شركة JR Kyushu – إحدى أكبر شركات تشغيل القطارات السريعة في اليابان تستخدم أنظمة AMD Kria SOMs لمعالجة الصور في الوقت الفعلي لنظام فحص المسارات المعتمد على الذكاء الاصطناعي.
- Clarius – تستخدم أنظمة AMD Zynq UltraScale التكيفية على الأنظمة على رقاقة لمساعدة الذكاء الاصطناعي في تحديد المناطق المهمة في جهاز الموجات فوق الصوتية المحمول.
التطلع إلى المستقبل
نرى أن الحوسبة التكيفية القائمة على FPGA تواصل تحقيق إنجازاتٍ نوعية في تطبيقات الذكاء الاصطناعي الطرفي في مجالات القيادة الآلية، والروبوتات، والأتمتة الصناعية، وشبكات الجيل السادس، وتغير المناخ، واكتشاف الأدوية، والبحث العلمي، واستكشاف الفضاء. وبينما نحتفل بالذكرى الأربعين لتأسيس FPGA، نفخر باختراع هذه التقنية، ونتأمل في مدى تطورها، وتأثيرها الواعد على مدى الأربعين عامًا القادمة. يواصل المطورون الذين يعملون على منتجات متطورة ورائدة في السوق استخدام تقنية FPGA لتطوير تصاميم شرائح مبتكرة، وتعزيز عمليات التحقق بمساعدة الأجهزة، وتسريع عملية طرح المنتجات في السوق. وتلتزم AMD بقيادة مسيرة تطور هذه التقنية المذهلة لعقود قادمة.
