英特尔发布全球最大容量FPGA，问题来了：FPGA和ASIC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%。

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。

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。

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。

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。

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。

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。”

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。

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。

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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