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FPGA, 现场可编程逻辑门阵列, 它是作为专用集成电路(ASIC)领域中的一种半定制电路而出现的, 与传统模式的芯片设计进行对比,FPGA 芯片针对较多领域产品都能借助特定芯片模型予以优化设计。从芯片器件的角度讲,FPGA 本身构成 了半定制电路中的典型集成电路,其中含有数字管理模块、内嵌式单元、输出单元以及输入单元等。在此基础上,关于FPGA芯片有必要全面着眼于综合性的芯片优化设计,通过改进当前的芯片设计来增设全新的芯片功能,据此实现了芯片整体构造的简化与性能提升。

自转向以数据为中心的全方位创新战略以来,英特尔正加速航行。作为重要棋子的FPGA,英特尔也加快了出新步伐。近日,英特尔宣布出货全新Stratix 10 DX FPGA,而基于10nm工艺的Agilex系列已向参与早期使用计划的客户出货,明年将正式量产。“众所周知,数据已呈指数级增长,客户所寻求的是将这些数据货币化,希望可通过全新应用以及对现有应用提速来实现货币化的目的,而充分利用这些海量数据就需要异构方案。”英特尔公司网络和自定义逻辑事业部副总裁兼FPGA和电源产品营销总经理Patrick Dorsey指出异构计算在数据时代的优势所在,“这种异构架构包含了CPU、GPU、AI芯片以及FPGA,只有综合性、针对性地解决具体问题,才能打造一个完整的解决方案。”

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异构方案解决加速挑战

而在异构平台中,FPGA绝对“不可或缺”。随着摩尔定律的放缓以及大数据、AI、5G、自动驾驶等的发展,对计算能力和带宽提出了前所未有的要求,同时新的算法新的框架层出不穷,要应对这一变化就需要灵活应变的FPGA。据预计到2022年,FPGA市场将达到75亿美元的规模,年复合成长率为9%。

而数据中心的两大指标需要“和衷共济”:即网络吞吐量必须提高,而时延必须降低。Patrick Dorsey表示,随着服务器需要更高效的计算以处理AI等相关负载,包括FPGA、GPU等在内的硬件加速器被广泛使用,但其有效性能在很大程度上取决于CPU、可用系统内存和加速器之间的通信带宽和延迟。

于是乎,在4年前英特尔将Altera纳入囊中之后,可打造“全能异构平台”的英特尔继宣布在中国重庆成立全球最大的FPGA中国创新中心以来,又重磅宣布FPGA组合家族当中的一个全新产品Stratix 10 DX,借力至强处理器Xeon+Stratix 10 DX的“组合拳”应对加速挑战。

Xeon+FPGA组合带来高内存扩展能力

 

对于这一全新组合,Patrick Dorsey分析其最大优势在于低时延、高带宽以及内存扩展能力。Stratix 10 DX不仅是英特尔首个支持PCIe Gen4的FPGA,同时通过与至强处理器采取超路径互连UPI,从而带来了关键价值即可快速扩展内存,如可支持8个独立的傲腾DC持久内存控制器,总容量可到4TB。

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Patrick Dorsey解释说,内存无论是DDR还是傲腾,通过在至强处理器与FPGA之间共享存储,在共享过程中就不用进行数据迁移或拷贝,因数据迁移和拷贝会带来高成本,同时也会降低系统的性能。从新的内存金字塔层级来看,不同类型的内存包括存储、持久性内存以及标准化内存,Stratix 10 DX则可提高塔尖高层级内存性能,如傲腾和DRAM。

针对不同应用性能的优化,Patrick Dorsey列出了具体数字:在边缘计算应用中,Stratix 10 DX在拥有UPI之后,比仅使用PCIe的响应速度快37%。而在网络应用中,因支持PCIe Gen4,带宽比前一代PCIe Gen3扩大了两倍,使得数据处理更为快速,同时也拥有以太网功能。而在数据中心方面,通过英特尔的异构即Xeon+FPGA计算,加之PCIe Gen4与UPI的互联,总带宽可提升2.6倍。

虽然英特尔已宣布退出5G基带业务,但仍专注于基础设施。对于正式商用的5G,Stratix 10 DX也大有可为。Patrick Dorsey介绍:“Stratix 10 DX可应用于5G基站,其好处体现在低时延,尤其是当5G走向数据中心、在vRAN方面应用时配合至强处理器,可进行诸多网络功能的加速。”

目前新款FPGA与至强处理器通过UPI互连,Patrick Dorsey在谈及未来封装一体化问题提及,多样化的FPGA可使得客户进行灵活的配置和优化,集成封装还非必须。

下一代Agilex实现诸多创新

而祭出的Stratix 10 DX FPGA还只是一个发韧,对于FPGA英特尔的完整路线图已然浮出水面, Agilex FPGA系列也已出货,明年量产。

据悉,英特尔Agilex FPGA系列几乎集成了英特尔现阶段所有的技术和创新优势,包括架构、封装、工艺、开发工具以及通过eASIC技术实现降低功耗的快速方式。

Patrick Dorsey着重说,Agilex采用英特尔的10nm工艺,可对标业界的7nm水平。并且,Agilex将支持下一代UPI,即基于CXL的开放标准接口,同时还将支持第五代PCIe,其他创新还包括第二代HyperFlex架构、DSP创新等。他还强调,目前UPI只可搭配至强处理器使用,未来CXL将是公开的,可适配任何处理器。而从UPI过渡到CXL,只需对硬件接口和一些软件进行更新。最重要的是开发者已可使用UPI进行应用开发,客户也可向CLX进行无缝转移以及迭代。

 

放眼FPGA领域的两大巨头,在数字时代做出了殊途同归的选择, 这为我们国内的FPGA相关技术的发展指明了发展方向,对我国科技水平的全面提高具有重要的作用。

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