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AI芯片架构实战应用

📚 共计 30 章节

定义、发展历程、GPU/FPGA/ASIC/NPU分类，NVIDIA Tesla、Google TPU、华为昇腾

AI芯片计算核心

矩阵乘法单元(Systolic Array)、VPU、SPU、数据流架构

AI芯片存储层次

SRAM/Scratchpad、HBM/GDDR、带宽计算、数据复用策略

AI芯片互联架构

NoC/Crossbar、NVLink/CCIX/CXL、PCIe拓扑、分布式训练网络

AI芯片指令集

标量/向量/矩阵指令、Tensor Core指令、指令流水线

指令流水线

AI芯片编译栈

TVM/MLIR、中间表示IR、后端代码生成、cuDNN/oneDNN

编译算子库

AI芯片编程模型

CUDA、OpenCL、华为CANN、异构编程模型

AI芯片性能分析

TOPS/TFLOPS、带宽利用率、Roofline模型

AI芯片功耗管理

动态/静态功耗、DVFS、时钟门控、电源门控、热管理

功耗热管理

AI芯片设计流程

需求分析→架构→RTL→仿真→综合→布局布线→流片→测试

AI芯片验证方法

仿真验证、形式验证、FPGA原型、Emulation、后仿验证

AI芯片测试与调试

ATE测试、扫描链/BIST、JTAG/SWD、日志分析

软硬件协同设计

HW/SW划分、接口定义、驱动/固件开发、系统集成

云端推理应用

推理场景、T4/Edge TPU架构、量化/剪枝/蒸馏优化

云端训练应用

训练场景、A100/TPU v4、数据并行/模型并行/流水线并行

训练分布式

边缘计算应用

边缘场景、Jetson/Movidius、低功耗、实时性

边缘低功耗

自动驾驶应用

Orin/Tesla FSD、ISO 26262功能安全、实时处理

智能手机应用

Apple A系列/骁龙、ISP集成、NPU加速、功耗约束

物联网应用

ARM Ethos/GreenWaves、传感器融合、电池供电

IoT超低功耗

数据中心应用

异构计算、液冷散热、大规模部署、可靠性

数据中心液冷

INT8/INT4/FP16、QAT、PTQ、量化误差分析

稀疏化技术

结构化/非结构化稀疏、稀疏加速器、稀疏训练

结构化/非结构化剪枝、微调、硬件感知剪枝

教师-学生模型、蒸馏损失函数、芯片部署应用

模型压缩综合

剪枝→量化→蒸馏流程、压缩率与精度、NNI/TensorRT

Roofline模型分析

计算/带宽瓶颈、优化方向、实际案例分析

性能优化实战

算子优化(矩阵乘法)、内存优化、并行/编译器优化

典型项目实战

FPGA卷积加速器、GPU TensorRT部署、NPU模型移植

存算一体(CIM)、光计算、量子AI、类脑计算

Chiplet、3D堆叠、先进封装、RISC-V AI扩展、生态