Achieving high performance, energy efficiency, and cost-effectiveness while maintaining architectural flexibility is a critical challenge in the development and deployment of edge AI devices. Monolithic SoC designs struggle with this complex balance mainly due to low manufacturing yields (below 16%) at advanced 360 mm^2 process nodes. This paper presents a novel chiplet-based RISC-V SoC architecture that addresses these limitations through modular AI acceleration and intelligent system level optimization. Our proposed design integrates 4 different key innovations in a 30mm x 30mm silicon interposer: adaptive cross-chiplet Dynamic Voltage and Frequency Scaling (DVFS); AI-aware Universal Chiplet Interconnect Express (UCIe) protocol extensions featuring streaming flow control units and compression-aware transfers; distributed cryptographic security across heterogeneous chiplets; and intelligent sensor-driven load migration. The proposed architecture integrates a 7nm RISC-V CPU chiplet with dual 5nm AI accelerators (15 TOPS INT8 each), 16GB HBM3 memory stacks, and dedicated power management controllers. Experimental results across industry standard benchmarks like MobileNetV2, ResNet-50 and real-time video processing demonstrate significant performance improvements. The AI-optimized configuration achieves ~14.7% latency reduction, 17.3% throughput improvement, and 16.2% power reduction compared to previous basic chiplet implementations. These improvements collectively translate to a 40.1% efficiency gain corresponding to ~3.5 mJ per MobileNetV2 inference (860 mW/244 images/s), while maintaining sub-5ms real-time capability across all experimented workloads. These performance upgrades demonstrate that modular chiplet designs can achieve near-monolithic computational density while enabling cost efficiency, scalability and upgradeability, crucial for next-generation edge AI device applications.


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人工智能杂志AI(Artificial Intelligence)是目前公认的发表该领域最新研究成果的主要国际论坛。该期刊欢迎有关AI广泛方面的论文,这些论文构成了整个领域的进步,也欢迎介绍人工智能应用的论文,但重点应该放在新的和新颖的人工智能方法如何提高应用领域的性能,而不是介绍传统人工智能方法的另一个应用。关于应用的论文应该描述一个原则性的解决方案,强调其新颖性,并对正在开发的人工智能技术进行深入的评估。 官网地址:http://dblp.uni-trier.de/db/journals/ai/
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