CPU+fpga適應(yīng)市場需求，從封裝集成走向管芯集成

CPU+fpga將從封裝集成走向管芯集成，昔日的競爭對手要在同一芯片上握手言和，這可能嗎？

2015年底，英特爾完成了對fpga主流廠商Altera的收購。業(yè)界說這是一場雙贏的“豪門婚姻”，如今大半年已過，且不論對英特爾未來戰(zhàn)略布局的影響，想想fpga領(lǐng)域的其它玩家，喜耶悲耶？到底是少了一個(gè)勁敵還是無形中多了一個(gè)巨無霸對手？憑借英特爾的生態(tài)系統(tǒng)和代工實(shí)力，未來會(huì)有怎樣的新玩法攪局？

在還需要時(shí)間回味之際，更大的變化已經(jīng)在發(fā)生。

CPU+fpga適應(yīng)市場需求，從封裝集成走向管芯集成

作為一種可進(jìn)行重復(fù)編程的邏輯組件陣列，fpga無論在通信網(wǎng)絡(luò)、工業(yè)、數(shù)據(jù)中心、汽車、航工航天領(lǐng)域均發(fā)揮關(guān)鍵作用。

CPU作為通用處理器，分為兩大門派，即以精簡指令集（RISC）的ARM核為主，其在智能手機(jī)、嵌入式市場中大展身手，而復(fù)雜指令集CISC的擁躉——以英特爾X86架構(gòu)為主，其在計(jì)算機(jī)、工業(yè)、數(shù)據(jù)中心等應(yīng)用中攻城拔寨。

然而，隨著越來越多的應(yīng)用趨向于既具高速處理又兼具靈活性的系統(tǒng)，CPU+fpga的融合方案早年前就被付諸實(shí)踐，如今比比皆是。

但以往的兩條線或是fpga融合ARM核，比如fpga領(lǐng)導(dǎo)廠商Xilinx和Altera這些年不約而同紛推fpga內(nèi)嵌ARM的融合架構(gòu)，不僅對嵌入式系統(tǒng)重新定義，也為開拓新的藍(lán)海提供了無限可能。

而英特爾于幾年前發(fā)布的凌動(dòng)E600 C系列，也將其凌動(dòng)E600處理器和Altera的fpga集成到一個(gè)多芯片封裝之中，開啟融合新時(shí)代。

雖然融合之路并行不悖，但融合之道卻相去甚遠(yuǎn)。

如英特爾是將CPU和fpga封裝集成，而fpga廠商則是在fpga中嵌入ARM處理器，fpga與處理器之間通過AXI總線互聯(lián)。以往它們各行其是，但隨著摩爾定律的捉襟見肘和市場需求的演變，英特爾收購Altera之后的CPU+fpga融合之路或?qū)⒆呦蛐碌摹案锩薄?/p>

從技術(shù)進(jìn)程出發(fā)，一方面，后摩爾定律時(shí)代，傳統(tǒng)材料、結(jié)構(gòu)乃至工藝都在趨于極限狀態(tài)，單純通過工藝進(jìn)步提升CPU性能已變得越來越難，但另一方面工藝技術(shù)的進(jìn)步也讓CPU+fpga等多核異構(gòu)集成成為可能。

從市場演進(jìn)來看，應(yīng)用市場的要求不斷高企，愈行愈近的5G、光網(wǎng)絡(luò)不在話下，而智能汽車、數(shù)據(jù)中心、云計(jì)算、人工智能等更需要芯片“強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)手”。

變身為英特爾可編程解決方案事業(yè)部（PSG）的產(chǎn)品營銷資深總監(jiān)Patrick Dorsey對智慧產(chǎn)品圈（微信號：pieeco）記者舉例說，未來智能汽車內(nèi)的代碼量達(dá)1億行之多，每天將傳輸400G數(shù)據(jù)，并且要求更高的可擴(kuò)展性和靈活性以及安全性，已不僅僅靠提升處理器工藝能解決，必須依靠CPU+fpga的異構(gòu)計(jì)算、算法改進(jìn)等創(chuàng)新來解決。

對于云計(jì)算和數(shù)據(jù)中心，也呈現(xiàn)越來越多由虛擬化和軟件來定義的趨勢，CPU+fpga的模式成最佳選擇，在搜索、排序等算法方面顯著加速并提升靈活性。

據(jù)預(yù)測，到2020年三分之一的云服務(wù)將基于CPU+fpga架構(gòu)來呈現(xiàn)。

在市場的強(qiáng)力需求下，CPU+fpga融合之路愈加深入。

Patrick Dorsey強(qiáng)調(diào)，英特爾CPU+fpga將從封裝集裝走向管芯集成，通過集成降低延時(shí)提高性能，并降低功耗，為不同的性能需求提供更廣泛的體系結(jié)構(gòu)支持。

導(dǎo)讀： CPU+fpga將從封裝集成走向管芯集成，昔日的競爭對手要在同一芯片上握手言和，這可能嗎？

寄予厚望 但須直面諸多挑戰(zhàn)

瞄準(zhǔn)未來市場，英特爾對CPU+fpga寄予厚望，相關(guān)動(dòng)作也在加速，3月份時(shí)就宣布旗下內(nèi)置fpga的至強(qiáng)處理器會(huì)在今年晚些時(shí)候上市。

然而真讓CPU+fpga大行其道，還面臨諸多無形挑戰(zhàn)。

如今的fpga早已與幾年前“單純”的fpga不可同日而語，眾多的ARM核、DSP、存儲(chǔ)模塊、高速收發(fā)器讓其也成為集大成的SoC。

而如果未來的CPU+fpga封裝集成將走向管芯集成，這是否意味著X86和ARM在經(jīng)歷多年的明爭暗斗之后，將終于同“芯”協(xié)力？

一方面，英特爾的X86架構(gòu)與ARM核的競爭早已如烈火烹油，但現(xiàn)在都要放下身段，能否真正的讓X86+fpga+ARM齊“芯”協(xié)力？英特爾是否同意讓ARM在自家芯片上獲得新市場份額呢？

盡管目前ARM核與英特爾核不構(gòu)成直接競爭，但未來究竟如何還取決于英特爾的氣量以及兩家公司未來的發(fā)展路數(shù)。

蘇州萬龍電氣集團(tuán)股份有限公司首席架構(gòu)師唐曉泉認(rèn)為，英特爾與ARM合作問題不應(yīng)該是技術(shù)上的，更多在于權(quán)力與利益問題。未來到底是“此消彼長”，還是 “芯”照不宣地各司其職？

另一方面是功耗。

對數(shù)據(jù)中心而言，功耗無疑已成為數(shù)據(jù)中心“無法承受之重”。而fpga的功耗一般難以與同類匹敵，如何讓CPU+fpga的創(chuàng)新架構(gòu)能夠力克這一難題呢？

Patrick Dorsey認(rèn)為，英特爾將和PSG部門通力合作，將某些算法一些特定的串行指令轉(zhuǎn)換成并行指令處理，這將可縮減50%甚至80%的功耗。目前已推出白皮書介紹fpga如何在人工智能領(lǐng)域的卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算中提升效能。

另外不得不說開發(fā)工具。

fpga和CPU集成之后，配套的開發(fā)工具也要相應(yīng)跟進(jìn)，完全統(tǒng)一的開發(fā)套件將讓開發(fā)工作更加簡便，器件的能耗比也將大幅提升。

但X86和ARM在底層上就是不同的，對寄存器等計(jì)算資源的調(diào)用也不同，兩個(gè)平臺(tái)的軟件也需要重新再編譯才能互相“交流”，完全統(tǒng)一的開發(fā)套裝也將成為PSG的新奮斗目標(biāo)。

未來路線明朗 微妙變化悄然產(chǎn)生

CPU+fpga成為雙方“一統(tǒng)”之后迎戰(zhàn)市場的最大戰(zhàn)略，盡管也面臨一些有形無形的挑戰(zhàn)，但無論如何，已進(jìn)入英特爾麾下的Altera，如何在英特爾龐大的生態(tài)體系中發(fā)揮自身的潛力，讓“合體”展現(xiàn)不一樣的實(shí)力，從雙方的產(chǎn)品路線圖或可一窺究竟。

英特爾PSG的下一代產(chǎn)品可從產(chǎn)品性能和工藝兩個(gè)維度進(jìn)行考量。

導(dǎo)讀： CPU+fpga將從封裝集成走向管芯集成，昔日的競爭對手要在同一芯片上握手言和，這可能嗎？

Patrick Dorsey介紹說，其中開發(fā)代號為Harrisville的低端產(chǎn)品，用于工業(yè)IoT、汽車等領(lǐng)域，采用英特爾22nm工藝技術(shù)；代號為Falcon Mesa(MR) 的中端產(chǎn)品，主要應(yīng)用于4.5G/5G無線、UHD/8K廣播視頻、工業(yè)IoT和汽車領(lǐng)域，采用英特爾10nm工藝技術(shù)；代號為Falcon Mesa(HE) 的高端產(chǎn)品，主要應(yīng)用于云和加速、太比特系統(tǒng)、高速信號處理領(lǐng)域，采用英特爾10nm工藝技術(shù)。

Patrick Dorsey特意提到，Altera的一個(gè)高端旗艦系列Straitx的最新一代產(chǎn)品Stratix 10 fpga，將采用英特爾14納米三柵極晶體管工藝。

在性能、功效、密度和系統(tǒng)集成方面具有突破性優(yōu)勢，采用英特爾特有的嵌入式多芯片橋接技術(shù)，可提供更高帶寬和更低延時(shí)，性能提升了2 倍，功耗降低了 70%，已在工廠封裝測試。

Straitx 10芯片集成ARM核，這將是第一個(gè)在英特爾生產(chǎn)的帶ARM核的fpga。

而從工藝來看，Altera近些年一直與全球最大的代工廠臺(tái)積電合作。但在今年及以后，這種工藝合作能持續(xù)多久還待觀察，畢竟英特爾和臺(tái)積電在工藝領(lǐng)域的較量一直趨白熱化。

但Patrick Dorsey說，由于fpga壽命很長，Altera與臺(tái)積電之間的戰(zhàn)略合作還會(huì)繼續(xù)，一些新品也仍在臺(tái)積電生產(chǎn)。不過很明顯，未來在英特爾生產(chǎn)的比例將越來越大。英特爾和臺(tái)積電在代工領(lǐng)域的競合關(guān)系也將更加微妙。

英特爾的“豪”氣不只在收購之際，收購之后更是大手筆頻仍。

連已經(jīng)與fpga打交道20年的Patrick Dorsey都感嘆，英特爾今年已對PSG部門大幅投資，增加了30%的開發(fā)人員，高速收發(fā)器研發(fā)人員更是增加了一倍，其中一個(gè)主要目標(biāo)是確保Straitx10以最快速度上市，而這樣的投資力度可謂史無前例。

CPU+fpga路線已定，但這必定是一段需要重“芯”出發(fā)的旅程，這段旅程的“風(fēng)景”如何，讓我們拭目以待。

推薦閱讀：什么是fpga？