相比独立FPGA器件，eFPGA将是一种使用范式的转换

在2021年伊始，21ic专门采访了Achronix产品营销高级经理Tom Spencer先生，邀请他和我们一起回顾2020与展望2021。

1. 受新冠疫情和国际形势双生影响，2020年对整个世界来说都是不平凡的一年，同时也是机遇与考验并存的一年。对此，您如何看待整个⾏业的发展现状和未来趋势？贵公司⼜是如何把握机遇、直⾯挑战的？

Achronix回答：自2020年初以来，新冠肺炎疫情席卷全球，对每个国家的经济、社会和政治产生了影响，迫使大多数人居家办公和学习。在2020年，尽管这种全新的模式对每个个体和公司而言都是最严峻的挑战之一，甚至是最大的挑战，但是在这种情况下也孕育出许多机会。

由于工作和学习环境的这种转变，对高带宽和高安全性远程访问的需求已将技术领域推向几近疯狂的发展速度。考虑到新冠病毒疫情本身以及世界各地的医学专家是如何竭尽全力地寻找治疗和治愈这种病毒的方法，无论是遏制病毒的传播速度还是加快对病毒的治愈，人工智能（AI）都是一个关键的推动者。由于该病毒及其极易传播的特性，许多患者在过去和现在仍然无法或不愿去医疗机构就诊。远程健康保护和远程医疗正在迅速得到关注，并被证明是一种有效且快速的医疗健保方法。

市场分析机构Frost＆Sullivan表示：“由于新冠肺炎疫情破坏了医疗服务的提供能力，所以在2020年和2021年，对远程医疗的需求将会激增。”该机构预测称，到2025年，美国远程医疗市场将增长7倍，未来五年的复合年增长率将达到惊人的38％。仅在2020年，该预测提出的增长目标就达到64％。2020年1月，Business Insider在一篇文章中写道，设备制造商中兴通讯与中国电信合作，推动了中国首次通过5G网络对新冠肺炎进行远程诊断。

5G和边缘计算是支持这种新模式的关键技术。两者都为在互联网上实现更快的响应时间奠定了基础，同时将延迟降到最低，甚至用户没有感知到延迟。随着数以亿计的人居家办公或网上学习，视频网络的使用量急剧增加。网络的速度和延迟对用户体验有极大地影响。这些只是由于新冠肺炎疫情而产生的或带来较大调整的应用和场景的一部分。

那为什么要选择现场可编程逻辑门阵列（FPGA）呢？与大多数软件解决方案不同，FPGA提供了一个关键的构建模块，它以线速（wire-speed）提供数据加速和应用计算，并具有近乎无限的灵活性来适应新的需求和不同的用例特性，优化部署中的再次利用，从而支持新的技术浪潮。Achronix的Speedster7t FPGA产品平台支持技术公司为人工智能、5G、边缘计算、远程医疗和其他许多领域提供最前沿的解决方案，这些解决方案对于在当前疫情下生存至关重要。无论是数据加速还是纯计算，Achronix的FPGA技术已经成为这场疫情防控战中的重要武器。

目前尚不清楚这种新模式将会持续多长时间，也不清楚有多少人会长期居家办公或远程学习，但是企业和学校都需要继续建设基础设施来支持这种工作模式。至于Achronix，和大多数公司一样，其居家办公的策略已被证明比预期的更有效，并且在世界各地建设新的基础设施对Achronix公司来说是一个福音。

2. 2020年，半导体行业并购仍在继续进行。连续出现了多起巨头并购大案，例如英伟达收购ARM，AMD收购赛灵思等，贵公司如何看待它们的影响？

Achronix回答：FPGA是支持诸如人工智能/机器学习（AI/ML）、5G、边缘计算、高性能计算（HPC）、数字医疗健保、汽车人工智能和其他许多需要数据加速和计算的应用的关键技术。

随着半导体公司致力于提供一个完整的联网、计算和存储解决方案组合，FPGA技术已被视为加速网络，以及从主处理单元的中央处理器（CPU）卸载计算负载的关键技术。2020年充斥着各种大型收购公告，诸如Marvell / Inphi（100亿美元）、AMD / 赛灵思（Xilinx，350亿美元）、英伟达（Nvidia）/ ARM（400亿美元）、微软（Microsoft）/ Metaswitch以及英伟达/ Mellanox（68亿美元）等，它们仅是大型并购案的一部分。几年前，英特尔收购了Altera的FPGA业务，并于2020年收购了Habana的人工智能加速技术。随着英特尔收购Altera、AMD收购赛灵思，考虑到这些新技术的应用，在仅剩下的FPGA厂商中只有Achronix一家处于领先地位。

对于上述应用而言，速度、延迟和可预测性都是关键属性。

速度

随着智能手机、智能设备、物联网（IoT）不断向前发展，不断增加的像素规模，4K（现在是8K）电视和视频，以及全球多达一半的设备都在进行数字连接，通过互连的数据中心和网络服务器传输数据显然需要更大的网络通道。几年前，10GbE是服务器的主流，然后是25GbE。现在在规模较大的云数据中心，我们已经拥有100GbE，但这还不是主流，很快我们将开始看到400GbE。

延迟

互联世界中的许多用户要么确实想要立即获得反馈，要么在某些情况下必须立即获得反馈。这种必要性推动了对边缘计算和5G蜂窝移动通信基础设施的需求。将大量计算转移到5G网络中的无线接入网络单元（RAN）或边缘计算服务器节点上，可将大量计算工作和网络路由转移到数据来源的边缘，从而极大地减少了延迟。

可预测性

从历史上看，网络协议终止于主处理单元CPU的操作系统中。由于CPU的内存和系统存储空间在所有应用程序和网络之间共享，因此不能够确定去确保计算或数据请求往返即完成。一个请求的时间可能是以微秒为单位的个位数，而随后的请求时间可能会达到数百微秒。使用智能联网和卸载计算负载来处理CPU的这些外部请求，是FPGA和其他加速解决方案的工作。

Achronix在FPGA数据和计算加速市场上具有独特的优势，借助其拥有的400GbE、PCIe Gen 5、GDDR6等所有器件中最快的I/O，以及世界一流的片上网络（NoC），这使得Speedster7t成为市场上最快的FPGA。Achronix向前又迈进了一步，做了其他FPGA厂商都没有做的事情，即将其突破性的FPGA技术作为一种独立的解决方案（FPGA），以晶粒形式用于与系统级芯片（SoC）进行嵌入式合封，或以IP形式（也称为eFPGA）集成到客户的ASIC中。这些优势使Achronix在市场中处于领先地位。

3. 2020年，5G开始走向大规模商用，随着5G基站的进一步部署，5G网络的覆盖越来越广，这将给行业带来哪些机遇?贵公司如何看待?

Achronix回答：到2025年，预计将有215亿台设备连接到互联网（IoT），而全球物联网可能在同一时间段内产生多达170泽字节（Zeta Byte）的数据。5G将成为访问、传输和连接所有这些数据的关键驱动力。与4G通信相比，5G通信的带宽要高出多达十倍，并具有低延迟和高可靠性连接等特性。，因此5G将在2021年及以后成为一项关键的技术。在简化5G的部署和互操作性以加快可用性方面，O-RAN已经做出了努力。

来自www.0-ran.org网站的信息表明，“基于智能和开放的原则，O-RAN架构是在开放硬件和云上构建虚拟化无线接入网络（RAN）的基础，并具有嵌入式人工智能来支持射频单元控制。”为了处理传入的数据包并进行大量计算，将使用智能网络单元来辅助主处理单元系统。FPGA是一种线速的、可编程的集成电路，可加速数据和应用。即使已在应用中部署了这些器件，其可重新编程的能力能够提供最佳的灵活性，同时还能提供一流的性能效率。

Achronix通过在其最新芯片上提供PCI-e Gen 5、400GbE和GDDR6接口，为FPGA市场提供了最快的接口速度。Achronix突破性的片上网络（NoC）具有超过20Tbps的双向带宽，将机器学习处理器（MLP）和通用的数字信号处理（DSP）引擎等所有内部功能模块与外部I/O互连起来。与其他FPGA厂商不同，Achornix还更进一步，将其技术以IP形式进行授权，以集成到定制ASIC中。

4. 地缘政治摩擦加速了中国半导体产业的自主化发展，国产替代是2020年绕不开的话题，贵公司是否有参与其中？

Achronix回答：中国在上世纪50年代实施了第一个五年规划，并将这一传统一直延续到2020年，并于2020年10月发布了第14个五年规划。提到五年规划，以下两项关键举措与Achronix非常一致。

- 重视中国国内的创新

这可能是新冠肺炎疫情及其在全球范围内造成的相互隔离的结果。中国正朝着更加自力更生的模式发展，以满足其技术需求，激励中国企业开发自己的技术并将这些技术投入到中国。

- 努力实现传统产业和供应链的现代化转型
在制造业方面，中国是世界强国，但世界从未停止创新。智慧城市、智慧交通、自动驾驶车辆、企业云服务等都是中国将大力投资的领域。随着全球正在经历数字化转型，中国需要跟上现代化基础设施建设的步伐。人工智能、5G、Wi-Fi 6和边缘计算等技术都将有助于实现这一转型。

就中国国内的创新而言，有些技术是花费了数年的时间才得以发展起来。FPGA就属于这一类，只有少数厂家才精通这项技术。与国内创新保持一致，中国可以利用Achronix的技术在平台和系统层面进行创新，开发一些最先进的AI算法、最高密度的视频和存储压缩。中国在ASIC设计和制造方面也进行了巨额投资，Achronix提供的独特技术可以通过eFPGA IP模型加以利用。我们的eFPGA将支持中国去开发那些现有可供货解决方案不能提供的、定制的FPGA加速器。

这样，中国开发人员可以完全定制他们的解决方案，同时从Achronix获得独特的优势，即MLP、DSP、存储模块和逻辑模块。基于这种模式，中国的基站可以拥有市场上最先进的前传解决方案；无需昂贵的x86中央处理器（CPU）即可创建完整的边缘服务器；就现代化而言，前面提到的技术是通往数字医疗、智慧城市、自动驾驶车辆或现代工业制造的快车道。借助我们提供的板级、芯片级和IP级的集成选项，Achronix为中国带来了最高级别的灵活性、最快的数据包处理和计算速度以及优化的外形尺寸选项。

5. 在2020年贵公司有哪些产品和技术您认为可以称得上是对该应用活技术领域有明显提升或颠覆性的贡献？请您分享。

Achronix回答：在过去的2-3年中，我们看到FPGA技术在数据中心的机器学习、人工智能/机器学习（AI/ML）和智能网络接口设备等应用，以及基带加速和基于云的无线接入网络（RAN）等5G基础设施中，都得到了越来越多的应用。在下一波计算浪潮中，我们预计将继续采用FPGA以支持更多应用，诸如智能网联和自动驾驶车辆、边缘计算以及用于可编程无线电和前传融合的5G基础设施。

为了满足这些应用、以及其他需要分立FPGA芯片技术的应用的需求，Achronix开发了Speedster7t FPGA平台，并将于2021年实现量产。基于台积电（TSMC）7nm工艺技术构建的Speedster7t FPGA芯片具有针对高性能数据加速应用而优化的创新功能。

• 为了将数据快速地传入和传出FPGA器件，Achronix集成了多达72个高速SerDes I/O接口，每个通道的运行速率可从1Gbps到112Gbps。我们还提供了4个400G以太网接口以支持高速数据网络应用。一旦数据进入FPGA，它们就会使用二维片上网络（NoC）在FPGA的逻辑阵列之内和之间进行传输。NoC为FPGA器件内的数据传输提供了超过20Tbps的带宽，并减少了在传统FPGA设计中常见的路由瓶颈。Speedster7t FPGA是首款包含专为数据加速应用而设计的、覆盖全芯片NoC的FPGA器件。

• 为了加速FPGA器件中的计算功能，Achronix提供了高速机器学习处理器（MLP）。MLP是经过优化的乘法和累加单元，它可支持块浮点、浮点和整数等各种不同的数字格式，这使其成为需要数字格式灵活性的机器学习应用的理想选择。MLP可提供超过80万亿次操作/秒（TOPS）的计算能力，为下一代人工智能/机器学习（AI/ML）应用提供处理动力。

• Speedster7t FPGA架构的最后一个关键部分是高性能存储接口。Achronix的Speedster7t FPGA利用低成本的GDDR6存储器件，提供了高达4Tbps的存储带宽。这种规模的存储带宽与I/O和计算性能实现了平衡，以缓解由于外部有限的存储带宽而导致的处理瓶颈。

除了我们的独立FPGA器件，Achronix还提供了嵌入式FPGA（eFPGA）半导体知识产权（IP），其可被集成到定制的专用集成电路（ASIC），或提供FPGA晶粒给客户进行多芯片封装（MCM）而集成到其中。我们的Speedcore eFPGA IP已在Speedster7t FPGA器件中经过了流片验证，它由逻辑单元、存储器和DSP/MLP资源组成。Speedcore eFPGA IP为客户的特定应用提供了性能可微调的FPGA单元。与必须从预定义的FPGA器件中进行选择不同，这些买来的器件通常会提供比您所需的更多或更少的资源，但eFPGA IP资源是由我们的客户自行定义的，可完全适合他们的应用。此外，其他ASIC处理单元和eFPGA之间的互连功能也可以针对低延迟和高带宽进行优化，这是标准FPGA解决方案无法实现的。与独立FPGA器件相比，Speedcore eFPGA IP可减少高达90％的成本，降低75％的功耗，提供高达10倍的带宽，延迟可降低10倍。

与独立FPGA器件相比，eFPGA IP是一种相对较新的技术。Achronix是最早的eFPGA供应商之一，自2017年以来就一直在大批量应用中提供eFPGA技术。eFPGA IP的典型应用包括汽车驾驶员辅助系统、计算存储加速器、金融科技、人工智能/机器学习和5G基础设施。这些应用使用具有集成eFPGA IP的定制ASIC器件来提供所需的工作负载和算法灵活性。对于许多使用过英特尔（Intel）或赛灵思（Xilinx）的独立FPGA芯片的客户而言，这是一种使用范式的转换，那些厂商并不提供eFPGA IP来集成到定制的器件中。

我们现成可用的、包括独立FPGA器件和定制eFPGA IP的产品组合在市场中独一无二，并基于以下提到的各种部署模型，使我们能够满足新基建中所需的多样化的应用需求。

• 使用VectorPath PCIe加速卡 – 适用于批量最小或有成本压力的应用，无需围绕FPGA进行板级开发，并且可以在最短的时间内提供解决方案。

• 仅使用独立FPGA器件 – 适用于需要最高性能的FPGA并且不需要在多晶粒系统级封装（MCM），或ASIC/单片解决方案上进行巨额投资的应用。

• 这样可以先使用独立FPGA进行开发和/或概念验证，然后过渡到使用eFPGA IP的ASIC或MCM – 适用于对成本有一些敏感，但可以从封装和集成节省的成本中获益的应用。

• 从一开始就使用集成的eFPGA IP来开发ASIC – 适用于对成本极其敏感的大批量应用，这些应用将受益于最高等级的集成，同时使用eFPGA IP保持最少的定制需求。

Speedster7t系列FPGA芯片、Speedcore eFPGA IP和VectorPath适配器卡等产品凭借最快的网络接口、主处理单元和存储器接口而引领业界，Achronix是唯一一家在板级、芯片级和IP级都提供其FPGA技术的FPGA供应商，并借助可以彼此通用的工具链将Speedster7t平台与它们都统一在一起，简化了整个开发过程。