はじめに

現行の電子機器最終製品の中には、新しい機能やユーザー体験をもたらすために人工知能 (AI) 機能を追加しているものがあり、ユーザーは日常的な業務フローでAIの能力を活用できるようになっています。Ai機能をエンドアプリケーションに導入するには、電子システム設計者は、クラウド側とクライアント側の双方で高性能な計算能力を必要とする Generative Pre-trained Transformers (GPT) などの大規模言語モデル (LLM) を活用する必要があります。デバイス上で、またはクラウドベースのコンピューティングインフラを活用して AI 機能を実現するには、クライアントシステムおよびクラウドインフラの設計者が最新のプロセッサテクノロジーを活用する必要があります。

GPT ベースの AI 実装では、システム設計者は最新の高性能プロセッサと FPGA (CPU ベースのデバイス) を使用するだけでなく、大量のデータを並列処理する機能と高速データ転送に必要なより高いメモリ帯域幅を備えた、AI に適した最新の高性能 GPU (グラフィック プロセッシング ユニット) も使用する必要があります。最新の CPU と GPU を使用して AI 機能をサポートすることで、システム設計者は複数の設計上の課題を抱えることがあります。

これらの課題の一つは、CPU と GPU を非常に低いコア電圧で動作させることによって生じる、制御および低速データ I/O レベルのミスマッチを克服することです。多くの場合、高性能 CPU と GPU を低コア電圧で動作させることは、特定のプロセッサの熱的制限と電力制限を考慮し、目標の性能レベルを達成するための絶対条件です。CPU と GPU を低いコア電圧で動作させると、これらのプロセッサがサポートできる I/O 電圧レベルが制限されます。

システム設計者は多くの場合、GPU プロセッサーの多数の I/O および制御バスをペリフェラルデバイスやサブシステムに接続するための、シンプルで効率的かつスケーラブルな方法を必要とします。システム設計者が CPU または GPU の低いコア電圧を維持しつつ、 I/O レベルの不一致を解決できる設計アプローチの一つは、シンプルな電圧レベル変換デバイスを使用することです。レベル変換デバイスは、性能・消費電力・サイズを妥協することなく、システムの I/O レベル不一致の課題を解決するための、簡便かつコスト効率の高いソリューションをシステム設計者に提供します。図 1 を参照してください。

図 1 AI アクセラレータカード ブロック図

電圧レベル変換

統合型のレベルシフト設計は、I/O タイプ、ビット幅、データレート範囲、電流ドライブ能力、パッケージオプションなど、幅広いバリエーションで利用可能です。テキサス インスツルメンツのレベルシフタデバイス製品ラインアップには、多様な種類のレベル変換機能が含まれており、これらを組み合わせることで、AIアプリケーションにおける高性能コンピューティングの利用事例に必要となるほぼすべてのインターフェイス要件に対応できます。TI のレベル変換製品ラインアップには、産業用、車載用、強化定格に対応する、自動方向、方向制御型、固定方向のレベルシフタが含まれています。表 1には、高性能 CPU および GPU ファミリに見られる一般的な制御インターフェイスと、 0.8V 未満から 5.5V までの電圧範囲をサポートする各インターフェイス向けの推奨レベル変換デバイスが示されています。TI のすべてのレベル変換デバイスの詳細については、TI の「Level Translation」ランディングページ をご覧ください。