高级综合(hls)软件协同设计的方法在过去的20年中

在过去的20年中，该行业一直在寻求部署硬件/软件协同设计概念。在取得进展的同时，软件/硬件协同设计的前景似乎更加光明。
为了理解这两种方法之间的区别，定义一些基础知识很重要。
硬件/软件协同设计本质上是一个自下而上的过程，首先开发硬件并具有如何使用它的一般概念。然后将软件映射到该硬件。这有时称为基于平台的设计。最近的一个例子是Arm新的嵌入式边缘可扩展开放架构(SOAFEE) ，它旨在实现软件定义的汽车开发。
【高级综合(hls)软件协同设计的方法】相比之下，软件/硬件协同设计是一个自上而下的过程，其中软件工作负载用于驱动硬件架构。这在今天正成为一种更流行的方法，它的典型代表是AI推理引擎和异构架构。高级综合也是这种方法论的一种形式。
两者都是可行的设计方法，有些设计流程是两者的结合。“它总是回到基本面，即规模经济， ”Cadence产品营销总监MichaelYoung说。“它基于您需要实现的功能，而这通常转化为响应时间。某些功能具有实时的关键任务限制。在这些情况下，硬件和软件之间的平衡很明显，因为您需要确保无论做什么，响应时间都在定义的限制内。其他应用程序没有这个限制，可以在资源可用时完成。”
但随着摩尔定律的缩放速度放缓，今天还有其他压力在起作用。ImperasSoftware的首席执行官西蒙·戴维曼(SimonDavidmann)说：“正在发生的事情是软件正在推动硬件中的功能。”“产品需要更高效的软件，这推动了硬件架构的发展。”
这两种方法都不比另一种更好。Synopsys首席应用工程师TimKogel表示：“我们看到了硬件优先和软件优先的设计方法，两者都不会产生次优结果。”“在人工智能中，优化硬件、人工智能算法和人工智能编译器是一个相位耦合的问题。它们需要一起设计、分析和优化，以得出优化的解决方案。举个简单的例子， AI加速器中本地内存的大小决定了AI编译器中的最佳循环平铺。”
成本是等式中非常重要的一部分。“协同设计是针对给定问题实现高度优化硬件的一种非常好的方法， ”弗劳恩霍夫IIS自适应系统部工程高级系统集成组组长兼高效电子部门负责人AndyHeinig说。“但这种高水平的优化是该方法的缺点之一。优化设计非常昂贵，因此这种方法只有在生产的设备数量非常多的情况下才能奏效。大多数应用程序不需要优化的硬件，而是使用可以在不同应用程序中重复使用的更灵活的架构。高度优化但灵活的架构应该是下一代硬件/软件协同设计流程的结果。”
高级综合发展
几十年来，从软件自动生成硬件一直是学术界和工业界的目标，这导致了高级综合(HLS)的发展。“为在CPU上运行而开发的软件并不是高级综合的最佳代码， ”西门子EDA战略和业务开发高级经理AnoopSaha说。“映射本质上是将串行代码转换为并行块，这具有挑战性。这就是HLS的价值以及您如何做到这一点。我们已经看到SystemC的使用，它具有对多线程的本机支持，但它是面向硬件的，而不是面向软件的。”
这种方法仍然存在挑战。Xilinx软件和人工智能解决方案营销总监NickNi表示：“我们一直在持续投资，并继续提高它的采用率。”“十年前， 99%的人只写Verilog和VHDL.但是今天，我们有超过一半的开发人员正在将HLS用于一个IP ，因此我们在采用方面取得了很大进展。最重要的是，我认为从硬件/软件协同设计的角度来看，没有任何东西真正起飞。在语言方面已经有很多有趣的建议，使其更加并行，更加多处理器友好，而且这些绝对是朝着正确的方向发展的。例如， OpenCL真的很想达到这个目标，但它已经失去了动力。”