推動(dòng)云計(jì)算發(fā)展的三大趨勢(shì)及挑戰(zhàn)

云計(jì)算被視為科技界的下一次革命，它將給工作方式和商業(yè)模式帶來(lái)根本性改變。

自云計(jì)算技術(shù)推出以來(lái)，應(yīng)用和計(jì)算資源不斷從企業(yè)數(shù)據(jù)中心向云環(huán)境持續(xù)遷移。據(jù)Gartner預(yù)測(cè)，到2025年，將有80%的企業(yè)關(guān)停傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心，同時(shí)，其物理基礎(chǔ)架構(gòu)將完全依賴云提供商而運(yùn)行（圖 1）。

推動(dòng)云計(jì)算發(fā)展的三大趨勢(shì)及挑戰(zhàn)

在這過程中，推動(dòng)云計(jì)算市場(chǎng)發(fā)展的趨勢(shì)主要有三個(gè)：云數(shù)據(jù)快速增長(zhǎng)、無(wú)處不在地使用人工智能提取數(shù)據(jù)的含義、云服務(wù)向網(wǎng)絡(luò)邊緣擴(kuò)展。與之相對(duì)應(yīng)，每個(gè)發(fā)展趨勢(shì)都將對(duì)SoC設(shè)計(jì)人員提出挑戰(zhàn)。

首先，云數(shù)據(jù)正以指數(shù)級(jí)不斷增長(zhǎng)。據(jù)IDC預(yù)計(jì)，從2020年至2025年，云數(shù)據(jù)的數(shù)量將增長(zhǎng)3倍。

數(shù)據(jù)的增長(zhǎng)將給SoC開發(fā)人員帶來(lái)新的挑戰(zhàn)，因?yàn)樗麄冃枰诜?wù)器之間以及服務(wù)器內(nèi)部（即服務(wù)器內(nèi)部設(shè)備之間）快速而有效地移動(dòng)大量數(shù)據(jù)。由此，他們將面臨提高每瓦特的性能，在現(xiàn)有容量/熱量范圍內(nèi)增強(qiáng)計(jì)算能力；為設(shè)備間的數(shù)據(jù)訪問提供高速、一致的芯片接口等挑戰(zhàn)。

其次，云環(huán)境中收集、存儲(chǔ)和處理的數(shù)據(jù)迅速增多。由于數(shù)據(jù)量大，用于分析和提取數(shù)據(jù)含義的傳統(tǒng)機(jī)制已不能滿足需求。因此，企業(yè)紛紛利用人工智能分析數(shù)據(jù)。

要從云端收集并存儲(chǔ)的大量數(shù)據(jù)中有效獲取價(jià)值，需要對(duì)SoC和云基礎(chǔ)架構(gòu)進(jìn)行多項(xiàng)增強(qiáng)，包括：采用高能力、高性能的人工智能加速器進(jìn)行基于機(jī)器的數(shù)據(jù)分析；利用高帶寬內(nèi)存/數(shù)據(jù)接口為人工智能加速器提供數(shù)據(jù)；通過高速、低延時(shí)的加速器互連實(shí)現(xiàn)人工智能加速器的擴(kuò)展和數(shù)據(jù)傳輸。

再者，連接到云端的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備激增。這些設(shè)備增加的原因是有許多對(duì)延時(shí)敏感的應(yīng)用，為了滿足這些應(yīng)用的最低時(shí)延要求，設(shè)計(jì)人員在邊緣的分布式網(wǎng)絡(luò)中將相關(guān)數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)處理能力部署到更靠近使用點(diǎn)的位置。

隨著云環(huán)境需要不斷擴(kuò)展而滿足邊緣計(jì)算需求，SoC開發(fā)人員必須滿足邊緣計(jì)算諸如支持日益增多的機(jī)器間通信、亞毫秒級(jí)應(yīng)用延時(shí)等新要求。

針對(duì)每個(gè)云數(shù)據(jù)中心市場(chǎng)的專業(yè)增強(qiáng)

上述提到的挑戰(zhàn)可通過增強(qiáng)云計(jì)算的六個(gè)主要功能領(lǐng)域而得以解決，主要包括計(jì)算服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)架構(gòu)設(shè)備、存儲(chǔ)系統(tǒng)、可視化計(jì)算解決方案、電信邊緣基礎(chǔ)架構(gòu)設(shè)備和人工智能/機(jī)器學(xué)習(xí) （AI/ML） 加速器。

一是服務(wù)器。數(shù)據(jù)量的增長(zhǎng)對(duì)更快的服務(wù)器接口和更高效的存儲(chǔ)器提出了需求。此外，保護(hù)數(shù)據(jù)對(duì)于云計(jì)算同樣至關(guān)重要。要在這些高速接口中實(shí)施必需的安全算法，需要用于數(shù)據(jù)加密和解密的高質(zhì)量加密IP、用于實(shí)施高速安全協(xié)議的安全協(xié)議加速器IP，以及用于提供信任根和安全密鑰管理的可信執(zhí)行環(huán)境。為了避免在各個(gè)數(shù)據(jù)路徑中產(chǎn)生瓶頸，用于實(shí)現(xiàn)這些功能的IP必須能夠保持線速運(yùn)行。

二是網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)架構(gòu)設(shè)備。數(shù)據(jù)增長(zhǎng)對(duì)更快網(wǎng)絡(luò)速度提出要求，為此，領(lǐng)先的以太網(wǎng)交換機(jī)廠商已經(jīng)在開發(fā)基于112G SerDes的800Gbps交換機(jī)，隨著數(shù)據(jù)量的持續(xù)增長(zhǎng)，未來(lái)幾年可能會(huì)推出1.6Tbps以太網(wǎng)。而支持400Gbps以太網(wǎng)端口的基礎(chǔ)架構(gòu)交換機(jī)可采用56G x 8或112G x 4 SerDes電接口。

三是存儲(chǔ)。存儲(chǔ)系統(tǒng)管理不斷增長(zhǎng)的數(shù)據(jù)量，并使用加速器來(lái)處理數(shù)據(jù)。這些發(fā)展包括使用計(jì)算存儲(chǔ)、存儲(chǔ)類內(nèi)存、與持久性存儲(chǔ)器連接的緩存一致性接口，以及適用于更高數(shù)據(jù)傳輸速度的下一代NVMe接口。

四是可視化計(jì)算解決方案。隨著云應(yīng)用不斷演進(jìn)，出現(xiàn)了更多可視化內(nèi)容，對(duì)可視化計(jì)算的支持已經(jīng)成為云基礎(chǔ)架構(gòu)的一項(xiàng)額外功能。

五是電信邊緣基礎(chǔ)架構(gòu)設(shè)備。云與邊緣的融合將使云服務(wù)更靠近最終用戶，從而提供更豐富、更高性能和更低的延時(shí)體驗(yàn)。而要實(shí)現(xiàn)對(duì)控制系統(tǒng)和其他對(duì)延時(shí)敏感的應(yīng)用的快速響應(yīng)，最佳方法也許是使數(shù)據(jù)收集、存儲(chǔ)和處理基礎(chǔ)架構(gòu)更靠近使用點(diǎn)，即網(wǎng)絡(luò)邊緣。

最后，用于數(shù)據(jù)分析的人工智能已成為云數(shù)據(jù)中心的重要功能。由于人工智能加速器傾向于處理大量數(shù)據(jù)，因此，內(nèi)存接口通常是瓶頸所在，這使得高帶寬內(nèi)存對(duì)于這些設(shè)備有重要價(jià)值。

另外，針對(duì)邊緣計(jì)算（尤其是聚合器和網(wǎng)關(guān)應(yīng)用）的人工智能加速器通常會(huì)要求使用低功耗DDR （LPDDR） 內(nèi)存。為了支持人工智能解決方案的擴(kuò)展，加速器必須包含一個(gè)高速接口，例如56Gbps或112Gbps SerDes或HBI。芯片間的高速接口提供了加速器縮放和擴(kuò)展能力，可滿足苛刻的人工智能應(yīng)用的需求。

適用于云基礎(chǔ)架構(gòu)的IP解決方案

所有這些技術(shù)改變和需求都將會(huì)給SoC開發(fā)人員帶來(lái)新的挑戰(zhàn)，這也使得他們對(duì)IP的需求愈加強(qiáng)烈?；诖?，新思科技提供了高質(zhì)量且經(jīng)過硅驗(yàn)證的全面IP產(chǎn)品組合，使設(shè)計(jì)人員能夠開發(fā)支持當(dāng)前和未來(lái)云計(jì)算應(yīng)用的SoC。新思科技的DesignWare?接口IP、處理器IP、安全I(xiàn)P和基礎(chǔ)IP針對(duì)高性能、低延時(shí)和低功耗進(jìn)行了優(yōu)化，同時(shí)支持從16nm到5nm FinFET的先進(jìn)處理技術(shù)。

DesignWare? IP產(chǎn)品組合涵蓋眾多云SoC芯片中的絕大多數(shù)IP。除了IP解決方案之外，DesignWare IP已被部署到數(shù)千種設(shè)計(jì)中，可幫助設(shè)計(jì)人員縮短全球云計(jì)算應(yīng)用投入生產(chǎn)運(yùn)行的時(shí)間。

選擇DesignWare IP作為云環(huán)境SoC的關(guān)鍵構(gòu)件的公司包括Habana Labs（英特爾旗下公司），該公司采用新思科技DesignWare控制器和PHY IP for PCI Express 4.0實(shí)現(xiàn)其Goya推理處理器SoC的首次流片成功。Habana Labs首席業(yè)務(wù)官Eitan Medina表示：“經(jīng)過全面的評(píng)估，我們選擇了新思科技領(lǐng)先的16 GT/s DesignWare IP for PCI Express 4.0，因?yàn)樵摦a(chǎn)品在業(yè)界口碑良好，并且擁有最苛刻的數(shù)據(jù)密集型SoC所需要的先進(jìn)功能?！?/p>

Starblaze Technology同樣使用DesignWare IP實(shí)現(xiàn)了STAR1000 SSD控制器的首次流片成功并投入批量生產(chǎn)。使用DesignWare ARC處理器、基礎(chǔ)IP、安全I(xiàn)P和接口IP，Starblaze能夠?qū)⒐暮虸/O延時(shí)減少50%，使SoC面積減少7%，并通過最佳的功耗、性能和面積組合實(shí)現(xiàn)了最高的安全性。

AMD通過新思科技的DesignWare IP產(chǎn)品組合交付了Ryzen和EPYC處理器。AMD公司I/O和電路技術(shù)高級(jí)總監(jiān)Rolands Ezers表示：“通過選擇具有定制功能的DesignWare IP，我們不僅能夠按時(shí)完成計(jì)劃，而且使我們的路線圖得以實(shí)現(xiàn)?！盌esignWare IP使AMD憑借EPYC服務(wù)器和Ryzen PRO桌面處理器擊敗競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。

展望下一代協(xié)議，Achronix和Astera Labs等公司已經(jīng)宣布，它們已將DesignWare PCIe 5.0用于高性能云的設(shè)計(jì)。

結(jié)語(yǔ)：云計(jì)算技術(shù)演講的過程中引發(fā)的關(guān)鍵變化包括數(shù)據(jù)量快速增長(zhǎng)、云服務(wù)向網(wǎng)絡(luò)邊緣的擴(kuò)展，以及為處理海量數(shù)據(jù)并從中獲取洞察而廣泛部署的人工智能，這些變化都將給SoC開發(fā)人員帶來(lái)巨大的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。

而事實(shí)證明，借助高質(zhì)量、經(jīng)過硅驗(yàn)證的IP構(gòu)件，設(shè)計(jì)人員能夠開發(fā)用于高端云計(jì)算解決方案的SoC，加強(qiáng)包括服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)、可視化計(jì)算、邊緣計(jì)算和人工智能加速器的應(yīng)用。
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