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[导读]既然这款FPGA性能如此强悍,那么和ASIC比孰优孰劣?

2019年11月6日,英特尔在FPGA技术日活动(IFTD 19)中发布了全球最大容量FPGA--Stratix® 10 GX 10M FPGA,这款产品是目前世界上密度最高(计算能力)的FPGA,据了解,这款产品目前已量产。21ic中国电子网记者受邀参加此产品的发布,英特尔公司网络与自定义逻辑事业部副总裁兼FPGA电源产品营销总经理Patrick Dorsey现场解答记者相关问题。

数据显示,2018年中国的总数据量就已拥有7.6 ZB,至2025年中国的总数据量将跃升至48.6 ZB,全球总数据量达到125 ZB,可以说到2020年每天就有1.5 GB的数据量生成。此前,英特尔也曾宣布过以数据为中心瞄准规模达3000亿元甚至更大潜在市场,特别是FPGA领域。

据统计,至2022年FPGA市场规模将达到75亿美元,年复合增长率为9%,据预测中国市场将会是FPGA增速最快的。

究其缘由,一方面5G、6G的应用市场的增长是从数据中心端一直到边缘端的网络加速,实现数据更快速的传输,需要技术的优化和创新正因FPGA拥有强大的灵活性,因此可赋能技术创新加速;另外一个方面是AI的应用市场,预计到2022年AI市场规模将会拥有200亿美金,而 FPGA甚至可以占到其中的5%-10%;再一个方面是智慧城市与智慧工厂需要大量视频分析处理工作。

 

迄今为止最大容量的FPGA:FPGA与ASIC孰优孰劣?

 

在技术参数上,Stratix® 10 GX 10M FPGA拥有1020万个逻辑单元,433亿颗晶体管。Patrick表示,与Stratix® 10 GX 2800 FPGA相比(原密度最高设备),密度是后者3.7倍,IO连接是其2倍,同等容量下功耗降低40%。

Stratix® 10 GX 10M FPGA具体参数指标

图1:Stratix® 10 GX 10M FPGA具体参数指标

能够实现如此飞跃的突破主要得益于英特尔的EMIB CHIPLET(嵌入式多芯片互连桥接)封装技术实现多颗晶片单个封装,同时实现快速的新品上市。值得一提的是,这款新品是第一款使用EMIB技术并在逻辑和电气上将两个FPGA逻辑晶片结合到一起的英特尔FPGA。

全球最大容量FPGA得益于EMIB技术

图2:全球最大容量FPGA得益于EMIB技术

在创新应用上,这款产品主要应用于下一代5G、AI、网络ASIC验证,赋能ASIC原型设计与仿真。这款产品在具有FPGA 自身独特的可扩展性、灵活性和效率,并且值得一提的是既然在性能方面如此出众,与ASIC相比究竟孰优孰劣?行业对于FPGA与ASIC的讨论从未终止,固然二者拥有截然不同的特性,但也频繁出现一者将完全另取代另一者的流言。

此前,在FPGA和ASIC竞争方面的问题,Silicom 丹麦总裁 Henrik Lilja明确表示,现阶段,可编程 FPGA对于实施与加速要求最苛刻的算法至关重要,直到算法已经非常成熟、并且最终确立下来之后,ASIC才可以用于实施这些硬件算法,特别是目前正在高速兴起的5G与AIoT。换言之,其实FPGA与ASIC充当的“角色”并不同,并且FPGA是最适合现在的选择。

正如Henrik Lilja所言,这款性能极高、功耗极低的产品非常适合在算法未成熟的当前行业形势,作为ASIC的原型设计和仿真,FPGA 的可编程性和灵活性在市场内具有显著的竞争优势。

新产品赋能ASIC原型设计与仿真

图3:新产品赋能ASIC原型设计与仿真

具体而言,记者在现场采访基于英特尔FPGA的地平线公司,现场人员告诉记者,该公司的自动驾驶感知系统,目前产品使用的是英特尔的FPGA芯片,在算法逐步完善的今后,也会改为ASIC芯片产品。

地平线展出基于英特尔FPGA相关产品

图4:地平线展出基于英特尔FPGA相关产品

当然,英特尔在ASIC方面也拥有其现有的产品,拥有可自定义逻辑的解决方案组合……

 

FPGA、eASIC、ASIC:跨越产品生命周期的灵活优化

 

据了解,英特尔拥有从FPGA、eASIC到ASIC的全套解决方案,拥有跨越整个产品生命周期的灵活优化。英特尔的FPGA拥有最快的上市速度和最高的灵活性;eASIC拥有出色的性价比,优化上市时间;ASIC则拥有最高的性能和最低的功耗和成本。

英特尔的自定义逻辑解决方案组合

图5:英特尔的自定义逻辑解决方案组合

可能很多人对于eASIC还比较陌生,简而言之结构化ASIC(eASIC)是FPGA和ASIC之间的中间体。2018年7月,英特尔宣布收购小型芯片厂商eASIC,但从技术上讲,英特尔自2015年以来一直在其定制Xeons中使用eASIC技术。

另外,在本次大会(IFDT 19)被英特尔纳入麾下的eASIC也在FPGA技术大会首次亮相。作为英特尔完整定制逻辑产品线新晋的一员,eASIC比FPGA的单位成本更低、功耗更低,比标准单元ASIC的上市速度更快、一次性工程 (NRE) 费用更低。

目前英特尔旗下拥有多款eASIC产品,包括eASIC N3XS、eASIC N3X/N2X和easicopy设备。其中,最新一代产品具备多达5200万个等效ASIC门、124 Mb双端口内存以及数据速率高达28 Gbps的收发器,帮助客户快速部署以逻辑、DSP或IO为主导的定制设备。

英特尔目前拥有多款eASIC产品

图6:英特尔目前拥有多款eASIC产品

现场,Patrick为记者介绍表示,eASIC与ASIC都是定制类型的芯片,针对不同的应用场景,各有所长。当把FPGA可重复编程的功能去掉,可以获得更小的晶片尺寸,来实现低功耗和更低的成本。

他说,“对于不需FPGA可重复编程这种灵活性功能的客户来说,eASIC和ASIC都可以供客户选择。eASIC不会是低功耗或低成本的最佳选择,但它能帮客户实现从eASIC到ASIC的快速实现。FPGA、 eASIC和ASIC各有所长,客户可根据需求,如可重复编程、低功耗或低成本等功能来选择不同的产品。”

客户可根据需求自由选择相关产品

图7:客户可根据需求自由选择相关产品

 

OneAPI与FPGA软硬结合:构建完善FPGA体系生态

 

随着全球步入以数据为中心的时代,海量数据的多样性所需要的计算能力各不相同,其中就包括至关重要的异构计算。未来的计算模型,将是标量、矢量、矩阵和空间架构的组合,可以部署在CPU、GPU、AI、FPGA和其他多种不同的加速器上。

英特尔网络自定义逻辑事业部副总裁兼可编程软件工程设计总经理Xue Hua指出,如何最大程度释放硬件性能、简化跨不同计算架构的应用程序开发工作,是摆在开发者和客户眼前的主要难题。

具体来说,在编程方面拥有多重的挑战:多种以数据为中心的硬件、缺少通用编程语言或API、不一致的跨平台工具支持、每个平台需要单独的软件投资。

oneAPI助力实现卓越跨架构性能

图8:oneAPI助力实现卓越跨架构性能

Xue Hua进一步阐述了英特尔oneAPI为此诞生的核心概念,“oneAPI旨在提供统一的编程模型,用于简化不同构架的开发工作。”在卓越原生高级语言性能和基于行业标准和开放式规范的加持下,oneAPI为开发者带来更高的生产效率和毫不妥协的性能。更为重要的是,得益于采用全新的DPC++语言,使得基于oneAPI的英特尔®FPGA开发和加速工作量变得更容易。

Patrick介绍表示,oneAPI由硬件开发人员事先做好硬件优化的库,通过提供高性能库简化了软件开发人员的工作。还有一点要提到的是客户在细节方面进行深度定制化可能会得到比oneAPI更优的结果,但oneAPI能提供更快的新品上市时间、更简化开发过程,因此这是客户需要权衡的一件事情。

另外,Patrick透露表示,oneAPI最先发布的将会是测试版,测试版将会展现oneAPI的多种功能,不会强调性能,接下来oneAPI投产时会进一步优化性能。随着oneAPI的发布FPGA的使用率将大大增加。

总的来说,目前相对过去最大的挑战在于FPGA的生态系统的建设上。Patrick表示,英特尔着重于更多FPGA平台级的开发,建立更多软件的堆栈,更多主板的开发的工作,努力想给FPGA创造一些新的市场机遇。

这需要FPGA有更多的能力来去适应更多新应用的场景,意味着需要和更多的系统集成商,增值服务的渠道商去合作,一起推动FPGA的发展。

具体而言,英特尔网络和定制逻辑事业部副总裁兼FPGA和电源产品部门总经理David Moore介绍表示,英特尔®FPGA拥有先进的多功能加速器支持,自身出色的灵活性可助力客户打造高度差异化产品。同时其卓越的硬件可编程性,能够满足不断变化的市场要求和标准。而基于FPGA英特尔构建了一整套完整的体系,包括IA+FPGA解决方案、合作伙伴和生态系统、软件与IP,以及芯片和主板,覆盖从边缘计算到云端再到网络等领域。

从端到云的量身定制的FPGA方案

图9:从端到云的量身定制的FPGA方案

此前,21ic中国电子网也曾介绍过英特尔面向未来的六大技术支柱包括:安全、软件、互联、内存&存储、架构、制程&封装。而在FPGA方面的建设,英特尔也将充分利用生态和IDM厂商的优势不断推动合作,推动FPGA与ASIC的发展。

 

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