VPS8703 高性能多核异构视频与AI处理芯片数据手册

1. 概览

VPS8703是一款专为下一代智能视频处理、高性能图像分析和边缘AI计算应用设计的旗舰级片上系统（SoC）。它集成了强大的多核中央处理器（CPU）、高效的视频处理单元（VPU）和专用的神经网络加速器（NNA），形成了高度优化的异构计算架构。这款芯片能够无缝处理从8K超高清视频编码/解码到复杂的深度学习推理任务，为智能安防、高级驾驶辅助系统（ADAS）、工业机器视觉、智能零售和智慧城市等领域提供了无与伦比的性能与能效比。其独特的设计理念在于，通过硬件层面的深度协同，确保数据流在不同处理单元之间以最低延迟和最高带宽传输，从而释放出前所未有的计算潜能。VPS8703不仅是一款处理器，更是一个为未来智能应用而构建的完整平台，它包含了丰富的连接接口、先进的安全特性和完善的软件开发工具包（SDK），极大地简化了开发流程，加速了产品上市周期。

VPS8703的核心优势在于其平衡且强大的异构架构。CPU部分采用高性能的定制化多核集群，提供灵活的通用计算能力，能够轻松运行复杂的操作系统和应用程序。VPU则专精于视频流的实时处理，支持主流的H.264、H.265等编码标准，同时具备多路视频同时编解码的能力，并支持高动态范围（HDR）处理和广泛的色彩空间转换。而NNA则是其在AI领域的核心竞争力，专为神经网络模型设计，支持各种主流的深度学习框架，能够在低功耗下实现极高的推理性能，尤其擅长处理图像分类、目标检测、语义分割等视觉AI任务。此外，VPS8703还配备了先进的内存子系统和强大的图像信号处理器（ISP），确保在任何环境下都能捕获并处理高质量的视觉数据。

2. 架构概述

VPS8703的核心架构基于一个高度集成的异构计算平台。其主要组成部分包括：一个主CPU集群、一个专用的视频编解码引擎、一个独立的高性能AI加速单元、一个多路输入/输出（I/O）子系统、一个强大的图像处理流水线（ISP）以及一个统一的内存管理单元。这种架构旨在最大限度地提高并行处理能力和数据吞吐量。

CPU子系统：VPS8703搭载了一个由多个高性能核心组成的CPU集群，采用先进的乱序执行和多线程技术，确保在处理通用任务时的高效性。每个核心都配备了独立的L1指令和数据缓存，并共享一个大容量的L2缓存，以减少内存访问延迟。该CPU子系统不仅负责操作系统调度、网络协议栈处理和用户界面渲染，还为AI和视频处理任务提供控制流支持。

视频处理单元（VPU）：VPU是VPS8703的视频处理核心。它由多个硬件编码器和解码器组成，每个都能够独立工作，支持高达8K分辨率的视频流。该单元采用了先进的压缩算法，能够在保证画质的同时实现极低的码率，极大地节省了存储和传输带宽。VPU还集成了图像缩放、去噪、色彩空间转换和HDR映射等硬件加速模块，确保了视频处理的端到端高效性。

神经网络加速器（NNA）：NNA是VPS8703为AI计算量身定制的硬件。它采用了一种创新的矩阵运算加速架构，能够高效执行卷积、池化和激活函数等神经网络核心操作。NNA支持INT8、FP16等多种数据精度，并通过专用的内存接口与主内存和VPU紧密相连，实现AI推理与视频流的零拷贝处理。这种设计使得VPS8703能够以极低的功耗实现每秒数万亿次（TOPS）的AI计算能力。

图像信号处理器（ISP）：ISP是VPS8703前端的重要组成部分，支持多路高分辨率图像传感器输入。它具备完整的图像处理流水线，包括坏点校正、自动白平衡、自动曝光、色彩校正、去雾和宽动态范围（WDR）处理等功能。ISP的硬件加速确保了在各种光照条件下都能获得高质量的图像数据，为后续的视频编码和AI分析提供最佳的原始素材。

3. 主要特性

VPS8703的特性列表详细展示了其在不同应用领域中的领先优势。这些特性共同构成了一个功能全面且性能卓越的硬件平台。

• 高性能异构计算：集成了多核高性能CPU集群，专用的视频编解码VPU，以及高效率的神经网络加速器NNA，实现计算任务的最优分配和协同处理。

• 超高清视频支持：支持高达8K@30fps或4K@120fps的视频编码和解码，兼容H.264、H.265、VP9等多种主流编解码标准，满足下一代视频应用需求。

• 强大的AI推理能力：NNA提供高达数十TOPS的INT8计算性能，支持TensorFlow Lite、ONNX、PyTorch等主流AI框架，并提供专用的SDK进行模型转换和部署。

• 多路摄像头输入：支持多达8路MIPI-CSI2接口，能够同时连接多路高分辨率图像传感器，非常适合于多摄像头阵列或360度全景应用。

• 丰富的连接接口：内置PCIe Gen3接口，可用于扩展高速存储或无线通信模块；集成USB 3.0、千兆以太网控制器，支持多种外设连接。

• 先进的内存子系统：支持LPDDR5/DDR5内存，提供高达6400Mbps的数据传输速率，确保海量数据的快速存取。

• 强大的图像处理：集成先进的ISP，支持多重曝光HDR、3D降噪、色彩增强等功能，在复杂光照环境下也能捕捉清晰、细腻的图像。

• 内置安全模块：支持硬件加密/解密引擎，安全启动（Secure Boot），以及硬件信任根（RoT），为设备和数据提供全方位的安全保障。

• 低功耗设计：采用先进的工艺制程，并通过动态电压和频率调节（DVFS）技术，在高性能的同时保持极低的功耗，尤其适合于电池供电的边缘设备。

• 广泛的软件生态：提供完整的Linux操作系统支持，以及专为AI和视频开发优化的SDK，包括驱动程序、库、示例代码和模型开发工具。

4. 封装与引脚定义

VPS8703采用先进的FCBGA（倒装芯片球栅阵列）封装技术，以确保优异的电气性能和散热效率。具体的封装型号为FCBGA-992，尺寸为27mm x 27mm，球间距为0.8mm。这种封装形式不仅能够容纳芯片内部大量的I/O引脚，同时也提供了良好的机械稳定性和可靠性。以下是部分重要引脚的功能描述，这些引脚被精心设计以支持芯片的各种核心功能。

电源与接地引脚：

• VDD_CORE：核心逻辑供电引脚，提供芯片内部数字逻辑单元的电源。

• VDD_DDR：DDR内存接口供电引脚，为DDR控制器和物理层提供稳定电源。

• VDD_IO：通用I/O引脚供电，支持多种电压电平，确保与其他外部设备的电平兼容性。

• VSS：所有接地引脚，确保稳定的电势基准。

DDR内存接口引脚：

• DDR_CLK/DDR_CLK#：DDR时钟输出引脚，用于同步内存操作。

• DDR_DQS[x]/DDR_DQS#[x]：DDR数据选通信号引脚，用于数据总线的同步。

• DDR_DQ[y]：DDR数据引脚，用于传输数据。

• DDR_CA[z]：DDR命令/地址总线引脚，用于发送内存控制命令和地址。

MIPI-CSI2接口引脚：

• CSI_CLK_P/CSI_CLK_N：差分时钟引脚，用于MIPI-CSI2数据通道的同步。

• CSI_DAT[a]_P/CSI_DAT[a]_N：MIPI-CSI2数据通道引脚，用于接收来自图像传感器的数据。

PCIe接口引脚：

• PCIE_TX_P/PCIE_TX_N：PCIe差分发送引脚，用于高速数据传输。

• PCIE_RX_P/PCIE_RX_N：PCIe差分接收引脚，用于高速数据接收。

• PCIE_CLK_P/PCIE_CLK_N：PCIe差分时钟引脚，用于同步PCIe总线。

USB接口引脚：

• USB_SS_TX_P/USB_SS_TX_N：USB 3.0超高速发送引脚。

• USB_SS_RX_P/USB_SS_RX_N：USB 3.0超高速接收引脚。

• USB_D_P/USB_D_N：USB 2.0数据引脚。

通用外设接口引脚：

• GPIO[b]：通用输入/输出引脚，可配置为多种功能，如SPI、I2C、UART或简单的数字输入/输出。

• RST#：复位引脚，用于芯片的硬复位。

• JTAG_TCK/TDI/TDO/TMS：JTAG调试接口引脚，用于芯片的在系统调试。

5. 电气特性

VPS8703的电气特性旨在确保在各种工作条件下都能提供稳定可靠的性能。以下是其核心电气参数的详细说明。

绝对最大额定值：

• 核心电压（VDD_CORE）：-0.5V至1.2V

• I/O电压（VDD_IO）：-0.5V至3.6V

• 存储温度：-65°C至150°C

• 结温（Tj）：125°C

• 存储器电压（VDD_DDR）：-0.5V至1.4V 请注意，超出这些绝对最大额定值可能会对器件造成永久性损坏。

推荐工作条件：

• 核心电压（VDD_CORE）：0.8V至1.0V

• I/O电压（VDD_IO）：1.8V或3.3V

• 环境工作温度：-40°C至85°C

• 结温：-40°C至125°C 在推荐工作条件下运行可保证器件的性能和可靠性。

直流特性：

• 输入高电平电压（VIH）：0.7 x VDD_IO至VDD_IO + 0.3V

• 输入低电平电压（VIL）：-0.3V至0.3 x VDD_IO

• 输出高电平电压（VOH）：0.9 x VDD_IO至VDD_IO

• 输出低电平电压（VOL）：0V至0.1 x VDD_IO

• 静态功耗：典型值低于1W，取决于具体配置。

• 动态功耗：典型值5W至15W，取决于工作负载。

热特性：

• 结-环境热阻（）：10°C/W（带适当散热片）

• 结-封装热阻（θJC）：0.5°C/W 为了确保芯片的长期可靠性，强烈建议使用适当的散热解决方案，以将结温控制在推荐的最大值以下。

6. 功能描述

VPS8703的每个功能模块都经过精心设计和优化，以提供业界领先的性能和灵活性。

6.1 主处理器子系统

主处理器子系统由一个多核CPU集群构成，其核心架构专为高性能计算而设计。每个CPU核心都具备独立的高速L1缓存和分支预测单元，能够以极高的效率执行通用指令。该集群共享一个大容量的L2缓存，显著降低了主内存访问次数，提升了整体系统性能。处理器支持多线程技术，可以在单个核心上同时执行多个指令流，进一步提高任务并行度。此外，该子系统还包含一个独立的硬件加速单元，用于处理加密和解密任务，支持AES、SHA等标准算法，为主系统提供强大的安全计算能力。

6.2 视频处理子系统（VPU）

VPU是VPS8703在视频应用中的核心。它集成了多个独立的硬件模块，每个模块都专注于视频处理流程中的特定环节。硬件编码器：支持H.264 Baseline/Main/High Profile和H.265 Main/Main10 Profile，能够以极高的效率将原始视频数据压缩成标准格式。编码器支持CBR、VBR等多种码率控制模式，并具备ROI（感兴趣区域）编码功能，以优化特定区域的画质。硬件解码器：支持多路视频流的同时解码，能够处理高达8K分辨率的视频，同时支持主流的视频格式。解码器具有低功耗和低延迟的特点，非常适合于视频监控和实时视频会议应用。视频前处理和后处理：VPU内嵌了硬件加速的图像缩放、去隔行、去噪和色彩空间转换模块。这些模块可以在硬件级别完成复杂的图像处理，大大减轻了CPU的负担，并保证了处理的时效性。特别是，VPU支持HDR10和HLG等HDR标准，能够处理高动态范围的视频内容，提供更丰富的色彩和细节。

6.3 神经网络加速器（NNA）

NNA是VPS8703的AI计算核心。它采用了一种创新的专用架构，旨在高效执行深度学习推理任务。该加速器包含大量的矩阵乘法单元和累加器，能够并行处理大量的张量运算。模型支持：NNA通过专用的SDK支持多种神经网络模型格式，包括但不限于Caffe、TensorFlow、ONNX等。开发者可以使用提供的工具链将训练好的模型转换成NNA可执行的格式，并在芯片上进行高效推理。数据精度：NNA支持多种数据精度，包括INT8、FP16和BF16，以在性能和精度之间取得最佳平衡。特别是INT8量化推理，能够在几乎不损失精度的情况下，将计算速度提高数倍，同时显著降低功耗。计算能力：NNA在典型工作频率下，能够提供高达数十TOPS（每秒万亿次操作）的INT8计算能力，使其在边缘AI应用中具备了强大的竞争力。无论是高帧率的目标检测还是高分辨率的图像分割，NNA都能轻松应对。

6.4 图像信号处理器（ISP）

VPS8703的ISP是一个高度可编程的图像处理引擎，位于图像传感器和VPU/NNA之间，负责将原始传感器数据转换成高质量的图像。它支持多种图像传感器接口，并具备一个完整且可配置的图像处理流水线。主要功能：ISP支持包括镜头阴影校正（LSC）、坏点校正（DPC）、自动白平衡（AWB）、自动曝光（AE）、自动对焦（AF）在内的多种自动控制功能。它还具备去马赛克、色彩校正、3D降噪（3DNR）和宽动态范围（WDR）处理等硬件加速模块。高动态范围（WDR）：ISP的WDR功能支持多帧融合，能够将同一场景在不同曝光时间下拍摄的多张图像融合为一张，从而在明暗对比强烈的环境中也能保留丰富的细节。灵活配置：ISP的每个处理阶段都可以通过寄存器进行精细配置，开发者可以根据具体的图像传感器和应用场景，对ISP进行调优，以获得最佳的图像质量。

6.5 外设接口

VPS8703提供了丰富的高速和低速外设接口，以满足多样化的系统设计需求。PCIe Gen3：内置的PCIe控制器支持x4或x8通道配置，可用于连接高速固态硬盘（SSD）、无线通信模块或外部FPGA，以实现系统的功能扩展。USB 3.0/2.0：集成的USB控制器同时支持超高速USB 3.0和高速USB 2.0，可用于连接存储设备、摄像头、触摸屏等多种USB外设。千兆以太网：提供两个独立的千兆以太网控制器，支持RGMII/RMII接口，可用于有线网络连接，实现高速数据传输。SD/eMMC：内置SD/eMMC控制器，可用于连接闪存卡或嵌入式多媒体卡，为系统提供启动介质和文件存储。GPIO/I2C/SPI/UART：提供丰富的通用I/O和低速串行接口，用于连接各种传感器、按键、LED和调试接口。

7. 软件开发环境

为了简化开发流程并加速产品上市，VPS8703提供了全面的软件开发环境（SDK）。该SDK旨在帮助开发者充分利用芯片的异构计算能力。

• 操作系统支持：VPS8703支持Linux操作系统，并提供完整的板级支持包（BSP），包括内核驱动、文件系统、网络协议栈等。

• AI开发工具：SDK包含一个专用的AI工具链，用于将TensorFlow、PyTorch和ONNX等框架下的模型转换为NNA可执行的格式。该工具链还提供了量化工具和模型分析器，帮助开发者优化模型性能。

• 多媒体框架：提供基于GStreamer的视频处理框架，开发者可以利用该框架轻松构建复杂的视频处理应用，如多路视频流编解码、转码和分析。

• API和库：提供一系列优化的API和库，用于直接访问和控制VPU、NNA和ISP等硬件加速单元。这些库极大地简化了底层硬件的编程，让开发者能够专注于应用层的开发。

• 开发板：提供配套的参考设计和评估套件，包括硬件设计文件、原理图和开发板，帮助开发者快速启动项目。

8. 应用场景

VPS8703凭借其强大的性能和丰富的功能，在多个行业中拥有广泛的应用前景。

• 智能安防：在高性能网络摄像机和视频录像机中，VPS8703可以实现多路视频流的8K/4K编码，同时运行复杂的AI算法进行人脸识别、行为分析和周界入侵检测。

• 高级驾驶辅助系统（ADAS）：在车载计算平台中，VPS8703可以同时处理来自多个摄像头的视频流，并利用NNA进行车道保持、目标识别和障碍物检测，为驾驶员提供实时辅助。

• 工业机器视觉：在工业自动化领域，VPS8703可作为机器视觉系统的核心，实现高分辨率图像的实时处理和分析，用于产品质量检测、尺寸测量和缺陷识别。

• 无人机与机器人：在无人机和机器人中，VPS8703可以处理来自多个传感器的视觉数据，并利用AI进行环境感知、路径规划和自主导航。

• 智能零售：在智能货架和结账系统中，VPS8703可以进行客流分析、商品识别和行为监控，为零售商提供运营数据和安全保障。

9. 订购信息

VPS8703提供多种型号和选项，以满足不同应用的需求。

• VPS8703-A0：标准型号，支持完整的特性集。

• VPS8703-L0：精简型号，省略了部分高速接口，适合成本敏感型应用。

• VPS8703-E0：高性能型号，提升了核心时钟频率，并增加了内存带宽，适合对性能要求极致的应用。 在订购时，请务必提供完整的型号代码，以便获得正确的产品和技术支持。

10. 质量与可靠性

VPS8703按照严格的质量标准设计、制造和测试，以确保其在各种严苛环境下的可靠性。

• 制程：采用先进的半导体制造工艺，保证了芯片的高性能和低功耗。

• 测试：所有芯片在出厂前都经过了严格的功能、性能和可靠性测试，包括高温、低温、湿度和振动测试。

• 认证：VPS8703符合RoHS和REACH等环保标准，并获得了多个国际安全和电磁兼容性（EMC）认证。

11. 文档修订历史

为了提供最新的产品信息，本文档将定期进行更新。以下是主要的修订历史记录。

• 版本1.0（2025年8月）：初版发布，提供VPS8703的完整特性、架构和技术规格。

• 版本1.1（2025年11月）：更新了软件开发工具包（SDK）的详细信息，并新增了部分应用场景案例。

• 版本1.2（2026年3月）：修订了电源管理和功耗章节，提供了更精确的数据。

本数据手册中的所有信息均在发布时准确无误，但制造商保留在不另行通知的情况下进行修改的权利。开发者在使用本手册时，应始终参考最新的版本，并结合实际应用进行设计。制造商不对因误用或不当设计而造成的任何损害承担责任。