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FPGA产业的2018总结

在科技领域里,FPGA向来都不是最吸引眼球的。可是就在刚刚过去的2018年,就发生了很多FPGA相关的大事。在这些大事中,很多都会对FPGA甚至整个芯片行业未来的发展产生重大影响。

老石为大家总结和梳理了这其中最重要的十件FPGA大事,对这些事件进行简单解读和分析。

1. Xilinx新CEO走马上任
2018年1月,赛灵思迎来了公司历史上第四位CEO Victor Peng。与很多具有市场营销背景的职业经理人不同,这位台湾出生、纽约皇后区长大、康奈尔毕业的首席执行官一直都有着厚重的工程背景,并已在赛灵思工作了近十年。上任伊始,他就宣布要将Xilinx进行战略转型转型,并且将数据中心作为公司的优先发展方向。英雄所见略同,这也与英特尔近年来积极寻求的“以数据为先”的公司战略不谋而合。

从23岁完成第一个马拉松至今,现年59岁的Victor一直是个马拉松爱好者。在加入赛灵思的第一年,他花了27小时14分完成了一百英里的超级马拉松,当时他48岁,见下图。

2. 微软“脑波项目”登陆Azure云服务
在2018年的微软开发者大会上,微软正式推出了旗下“脑波项目(Project Brainwave)”的Azure公众预览版。同时推出的,还有微软Azure云的机器学习SDK。脑波项目是基于FPGA的深度学习加速平台,它起源于五年前微软的Catapult项目,并最早于2017年HotChips大会推出。自从2014年微软在计算机体系结构的顶级会议ISCA正式发表介绍Catapult的论文以来,Catapult以及后续的脑波项目一直都可以算是FPGA在大型云数据中心里成功部署和应用的典型案例。

老石在之前的文章里介绍过,AI芯片或硬件加速芯片在数据中心的部署需要考虑五个方面的因素,分别是性能、灵活性、同构性、成本和功耗。相比CPU、GPU和ASIC,FPGA在这五个方面可以达到出色的平衡,见下图。这也是微软选择FPGA作为Azure云服务及其深度学习平台加速芯片的最重要原因。
在脑波项目中,微软使用了英特尔的Stratix 10 FPGA。对于微软自定义的8位浮点数运算,FPGA可以达到高达90Tops的吞吐量,见下图。
老石一直坚定的认为,数据中心及其相关服务将会是FPGA的爆发点。目前已经有越来越多的成果证明了这一点,老石相信不久的未来会出现更多的突破。
3. Xilinx收购深鉴科技
2018年7月,赛灵思正式官宣收购了深鉴科技。这距离深鉴刚完成的A+轮融资,还不到9个月。
作为国内AI芯片的明星初创公司,深鉴在创立伊始就备受关注。深鉴最大的特点之一就是几位创始人有着深厚的学术背景,尤其是在FPGA领域深耕多年,因此公司在学术研发方面有着过硬的实力。赛灵思一直是深鉴的FPGA提供商、合作伙伴与主要投资者,曾领投了深鉴的A轮融资。这次对深鉴的收购,虽然在情理之中,但也着实让很多人意外。

深鉴的业务领域主要集中在安防和大数据领域。老石 之前写过 ,边缘计算+人工智能通常是初创企业切入市场的主要领域,而诸如安防、计算机视觉、图形图像处理等更是一片红海。这一方面是由于数据中心市场的蛋糕太大,往往被巨头牢牢把持难以进入;另一方面也是由于在这个领域更容易通过创新的算法和方案,且通过现有的FPGA平台进行实现,以获得一席之地。而这也往往会限制公司日后的发展,不免被巨头收购的结局。当然,这对于创业者而言也不一定是坏事。

4. 英特尔收购eASIC
也在2018年7月,英特尔的FPGA事业部宣布收购了一家名为eASIC的公司。这家总部位于加州的公司,主要业务是设计“结构化ASIC”产品。这次收购可以看做是对英特尔FPGA的一次重要补强。
对于FPGA来说,它并非适用于各种应用场景。特别是对于一些边缘计算和嵌入式应用来说,它们对价格、功耗、性能以及可靠性的统筹要求很高。这样,由于FPGA并非针对某一特殊应用场景而设计优化,因此基于FPGA的方案相比于GPU、SoC或者ASIC的方案并没有很大的优势,特别是在价格和面世时间两个方面。结构化ASIC可以看成是FPGA与ASIC的折中。它通过牺牲FPGA的可编程性,换取低功耗、低成本和高性能。同时,通过牺牲ASIC的优化设计和布局,换取了更快的设计流片时间。

通过本次收购,英特尔FPGA部门拥有了更加灵活和丰富的产品门类,特别是对于5G无线网络、物联网等对功耗和性能要求很高的领域,eASIC的结构化ASIC产品有着非常强大的竞争力。
5. 英特尔在中国成立FPGA创新中心
2018年12月,“英特尔FPGA中国创新中心”在重庆正式成立。这个创新中心将作为一个重要平台,为FPGA开发者和各类企业提供和展示英特尔FPGA的技术和解决方案,并提供FPGA相关的培训与创新孵化器。
老石认为,随着FPGA的重要性日益增加,必然会有越来越多的开发者投入到FPGA相关的软硬件开发当中。因此,对于FPGA开发的生态环境的建设至关重要,这也将是FPGA公司日后将会不断争夺的下一个战场。
6. 英特尔出货Stratix 10 TX FPGA
2月末,英特尔正式出货了Stratix 10 TX系列FPGA。老石 之前曾多次介绍过 ,Stratix 10系列FPGA是英特尔的最高端的FPGA产品系列,它基于英特尔的14纳米FinFET工艺制造,并使用了异构3D系统封装和EMIB技术,可以将基于不同工艺制造的多枚芯片在同一封装内进行系统级互联,加快了芯片迭代速度。Stratix 10 FPGA目前共有GX、SX、TX和MX四个版本,如下图所示。本次出货的Stratix 10 TX系列的最大特点是集成了58G PAM4收发器技术,这也是目前业界唯一一个拥有这款收发器技术的FPGA芯片。

在构建诸如网络功能虚拟化(NFV)等新一代高速网络应用时,高速收发器是不可或缺的关键性技术,这也是老石最为关注的领域之一。此外,Stratix 10 TX还在芯片上固化了100G以太网MAC等关键IP,与之前发布的包含高带宽内存HBM的MX系列,可以并称开发各类网络应用的利器。老石期待尽快上手这款芯片,届时再给大家带来更深入的“评测”。
7. 赛灵思发布ACAP
3月,赛灵思发布了一款名为“ACAP(Adaptive Compute Acceleration Platform,自适应计算加速平台)”的芯片产品,见下图。ACAP的首款芯片名为“Everest(珠穆朗玛)”,将采用台积电的7纳米工艺制造,并预计将在2019年交付。
虽然赛灵思新任掌门Victor Peng再三强调,ACAP不是FPGA,而是下一代计算平台,但老石比较保守,认为ACAP本质上还是一款升级版的FPGA。就赛灵思披露的有限技术细节来看,ACAP包含了当前已经用于FPGA的各种资源,如ARM处理器、HBM、可编程IO、收发器等等,可以说是各种硬件资源的集大成者。然而单就这些方面,很难看出ACAP与FPGA的本质区别。ACAP的另一个主要特点是在于包含一个“可编程的硬件自适应计算引擎”,包括AI和DSP两个引擎。至于这两个计算引擎的技术细节,老石也只有等更多信息公布后,才能和各位一探究竟。

老石猜想,除了硬件架构的革新之外,或许ACAP的真正创新之处在于它的软件部分。当前,制约FPGA广泛使用的最大阻碍就是复杂繁琐的开发流程。老石在 《什么是FPGA工程师的核心竞争力》中写过,FPGA庞大的技能树会导致十分陡峭的学习曲线。因此,简化FPGA开发流程、提高开发效率一直是业界和学术界的研究重点。

目前,虽然已有软件流程支持高层次综合(HLS),即将高层次软件程序直接转化成FPGA可以运行的硬件代码,但相比CPU或GPU的开发的便利性而言,这些软件的编译时间与开发效率都相距甚远。

在这次ACAP的发布中,赛灵思强调ACAP既可以通过传统的RTL进行编程,也可以通过诸如C/C++、OpenCL和Python等软件工具进行编程。虽然现在的FPGA产品早已支持这些编程方式,但老石还是非常希望ACAP的软件系统能给开发者带来不一样的惊喜。

8. 英特尔推出一系列FPGA加速卡产品
自从在2017年末首次发布业界首款FPGA加速卡PAC(Programmable Acceleration Card)以来,英特尔一直在积极拓展旗下的加速卡业务。在2018年四月,服务器制造商戴尔与富士通宣布将PAC加入自家服务器产品中进行销售,同时也会引入整套Xeon+FPGA的软件开发包。这对于构建英特尔的数据中心全栈软硬件解决方案是非常重要的一步。另外,在PAC发布一年后,英特尔在2018年九月底发布了基于Stratix 10的FPGA加速卡,如下图所示。相比基于Arria10的PAC,这款新发布的加速卡在硬件性能上有了质的飞越,其具体技术细节在本文不再赘述。在对性能要求更高的数据中心应用领域,将会是这款加速卡的主要战场。

9. 赛灵思发布旗下首款FPGA加速卡产品
FPGA加速卡是当前业界的一个重要发展趋势,虽然被英特尔占据了先发优势,赛灵思也正在开始迎头追赶。在英特尔发布Stratix 10 FPGA加速卡不久,赛灵思就推出了旗下的首款FPGA加速卡,名为Alveo。
首批推出的两款Alveo板卡基于赛灵思的16纳米UltraScale FPGA器件,主要针对的是也是大型数据中心应用。这里对Alveo的技术细节也不再赘述,有兴趣的读者可以自行查阅,或在后台留言与老石讨论。需要注意的是,由于Alveo增加了大量板上资源,这款板卡的外形尺寸和功耗都比较大。当采用主动散热方式时,板卡尺寸为全高全长,标准耗为100瓦~110瓦,功耗峰值可达225W,远超过英特尔Arria10 PAC的45W~60W。

放眼当前业界的FPGA加速卡产品,可谓是群雄并起。既有原厂的PAC和Alveo,也有很多第三方厂商的FPGA加速卡和智能网卡产品,短期很难判断究竟最后鹿死谁手。

10. FPGA公司公布亮眼财报
对于英特尔和赛灵思而言,2018无疑是丰收的一年。两家公司都已经连续多个季度创造了季度的营收记录。在上个月赛灵思刚发布的季度财报中,公司季度营收同比增加34%,达到8亿美元,股价随后也创造了公司历史新高。对于英特尔的FPGA部门PSG,2018第四季度的营收为6.12亿美元,同比增加8%,其中数据中心业务增长了惊人的50%,与高端器件相关的业务增长高达70%。作为PSG的母舰,英特尔的全年营收更是在2018年突破了700亿美元大关。

结语
半导体行业的发展,从来都是基于历时多年的研发、布局,才能最终厚积薄发。对于FPGA来说,它一方面能够快速整合当前最新的芯片技术,另一方面又有着比传统芯片更久的生存周期。当前FPGA行业的蓬勃发展,离不开前几年积攒的深厚动能。老石相信,这些在2018年发生的FPGA大事,将继续助推FPGA未来的发展。

· 2019-02-18 10:03  本新闻来源自:摩尔芯闻,版权归原创方所有

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