| 上世紀(jì)70年代，如果想要在硬件上制作原型并測(cè)試其邏輯功能，基本上只有TTL芯片和ASIC芯片兩種選擇，但前者會(huì)受到電路板尺寸和功耗限制的限制，而后者則會(huì)產(chǎn)生大量的前期成本，因此，作為數(shù)字芯片的一個(gè)子門類，具備現(xiàn)場(chǎng)可編程性的FPGA也應(yīng)運(yùn)而生。FPGA的出現(xiàn)既解決了定制電路的不足，又克服了原有可編程器件門電路數(shù)有限的缺點(diǎn)，即便是在制造完成后，也可以根據(jù)用戶需要，通過EDA軟件配置特定電路，從而賦予其特定功能。 在隨后的幾十年里，F(xiàn)PGA在安防、通信、汽車電子、消費(fèi)電子、工業(yè)等領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用。近年來，隨著數(shù)據(jù)中心建設(shè)速度加快，人工智能和自動(dòng)駕駛等新興市場(chǎng)的快速發(fā)展，F(xiàn)PGA的需求也隨之被帶動(dòng)，有數(shù)據(jù)顯示，2020-2026年全球FPGA市場(chǎng)規(guī)模從55.85億美元增至96.9億美元，年均復(fù)合增長率為9.6%。毫無疑問的是，F(xiàn)PGA正在迎來屬于它的全新機(jī)遇。 作為芯片業(yè)界的老大哥，英特爾在不久前舉辦了以“創(chuàng)新加速，塑造FPGA芯未來”為主題的2023年英特爾FPGA技術(shù)日，展示了FPGA的新品及全矩陣應(yīng)用，以及行業(yè)伙伴在數(shù)據(jù)中心、AI、網(wǎng)絡(luò)、嵌入式等關(guān)鍵領(lǐng)域的諸多應(yīng)用。
全面產(chǎn)品組合滿足市場(chǎng)需求 今年英特爾推出FPGA的節(jié)奏，實(shí)際上是相當(dāng)快的，根據(jù)英特爾的計(jì)劃，今年一共要推出15款產(chǎn)品，而目前已經(jīng)推出的產(chǎn)品數(shù)量已經(jīng)達(dá)到了11款，這一方面歸結(jié)于市場(chǎng)的強(qiáng)烈需求，另一方面也和英特爾強(qiáng)有韌性的供應(yīng)鏈脫不開關(guān)系。 從英特爾在FPGA技術(shù)日上展示的最新FPGA產(chǎn)品路線圖來看，英特爾將共計(jì)提供6款款先進(jìn)的全新FPGA產(chǎn)品和平臺(tái)，涵蓋高、中、低端市場(chǎng)的產(chǎn)品組合，并全面覆蓋從通信、數(shù)據(jù)中心到物聯(lián)網(wǎng)、汽車、工業(yè)邊緣各類場(chǎng)景應(yīng)用需求。
其中，英特爾FPGA旗艦級(jí)產(chǎn)品Agilex系列分為3、5、7三個(gè)系列，其中定位入門的英特爾Agilex 3 FPGA系列外形小巧，在功耗和成本上進(jìn)行了大幅優(yōu)化，且擁有廣泛的IO支持。其中Agilex 3 B系列FPGA面向電路板和系統(tǒng)管理，包括服務(wù)器平臺(tái)管理（PFM）應(yīng)用；C系列FPGA則針對(duì)一系列復(fù)雜可編程邏輯設(shè)備（CPLD）和FPGA應(yīng)用提供更多功能以用于垂直市場(chǎng)領(lǐng)域。 定位中端的英特爾Agilex 5 FPGA系列采用第二代英特爾Hyperflex FPGA架構(gòu)和英特爾7制程工藝，對(duì)晶體管的每瓦性能進(jìn)行了優(yōu)化，從而實(shí)現(xiàn)出色的能耗。同時(shí)采用英特爾上一代高端產(chǎn)品中嵌入的業(yè)界首個(gè)針對(duì)AI優(yōu)化的模塊，并將其擴(kuò)展至Agilex5 FPGA的中端產(chǎn)品中，為邊緣AI應(yīng)用提供了理想選擇。其中Agilex 5 E系列FPGA在功耗和尺寸上進(jìn)行了優(yōu)化。 最為高端的英特爾Agilex 7 FPGA系列則采用CXL提高帶寬和連接性能，并借助HBM加快內(nèi)存訪問速度，目前具有性能功耗比優(yōu)勢(shì)的Agilex 7 M、F和I系列FPGA現(xiàn)已上市。其中，Agilex 7 FPGA R-Tile相較于其他同類FPGA產(chǎn)品，其每個(gè)端口的PCIe 5.0帶寬速度提高了2倍，CXL帶寬提高了4倍。 除此之外，英特爾也推出了通過開源生態(tài)系統(tǒng)擴(kuò)展工作負(fù)載加速的開放式FPGA堆棧（OFS）、基于開源行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)RISC-V架構(gòu)的免費(fèi)軟核IP產(chǎn)品NiosV/c緊湊型微控制器，以及能夠降低云和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用TCO的F2000 IPU平臺(tái)，以滿足更加廣泛的市場(chǎng)需求。 “除了芯片和FPGA產(chǎn)品，英特爾也向市場(chǎng)提供了eASIC和ASIC的選項(xiàng)，和FPGA相比，雖然eASIC的開發(fā)時(shí)間較長，但可以滿足更低的功耗和單位成本需求，ASIC則在成本和性能方面更有優(yōu)勢(shì)，英特爾會(huì)提供不同的邏輯自定義組合，滿足市場(chǎng)對(duì)于功耗、成本、上市時(shí)間等方面的不同需求?！庇⑻貭柨删幊谭桨甘聵I(yè)部副總裁兼網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)部總經(jīng)理Mike Fitton博士表示。
除了硬件的持續(xù)迭代之外，英特爾在軟件方面也下足了功夫，其推出的Quartus設(shè)計(jì)軟件為客戶提供了一個(gè)開放、全面的設(shè)計(jì)環(huán)境，可以支持FPGA的整個(gè)設(shè)計(jì)流程，與各類EDA工具無縫集成。英特爾可編程方案事業(yè)部副總裁兼軟件工程總經(jīng)理薛華表示，英特爾設(shè)計(jì)軟件工具的愿景就是突破易用性的極限，由于Quartus基于以IP為中心的理念，因此無論是傳統(tǒng)的RTL，還是NiosV處理器、DSP Builder，和HLS Compiler，都可以以一種邏輯一致的方式來處理，從而進(jìn)一步推動(dòng)簡(jiǎn)單易用，來適應(yīng)多樣化的需求。英特爾也有意在未來提供給市場(chǎng)更多的一鍵式實(shí)用模型，從而支持客戶獲得更簡(jiǎn)單的應(yīng)用，以更小的投入來獲得最大的體驗(yàn)優(yōu)化，最終實(shí)現(xiàn)零支持、無縫安裝和許可，以及社區(qū)支持模式。
創(chuàng)新技術(shù)解決設(shè)計(jì)挑戰(zhàn) 現(xiàn)如今，整個(gè)社會(huì)已經(jīng)飛速邁入了大計(jì)算時(shí)代，人們獲取數(shù)據(jù)的能力正在大幅度提升，而海量的數(shù)據(jù)又在推動(dòng)著算力升級(jí)，并對(duì)芯片設(shè)計(jì)提出了新的挑戰(zhàn)。在英特爾FPGA技術(shù)日上，英特爾可編程方案事業(yè)部FPGA芯片產(chǎn)品營銷高級(jí)總監(jiān)Lux Joshi也對(duì)此分享了自己的看法。
首先，芯片創(chuàng)新的步伐與過去相比正在不斷變快，而且涉及的領(lǐng)域眾多，層出不窮的工作負(fù)載和應(yīng)用使得原有的芯片設(shè)計(jì)方法已經(jīng)難以滿足快速迭代的市場(chǎng)需求，以英特爾Agilex 7 FPGA系列為代表的產(chǎn)品使用了Chiplet設(shè)計(jì)，每個(gè)Chiplet都是一枚小型集成電路芯片，內(nèi)含一整套定義明確的硬核化功能子集。這些Chiplet（即小芯片）為實(shí)現(xiàn)異構(gòu)芯片封裝內(nèi)高密度互連提供了頗具成本效益的連接方法，這種方法使英特爾能通過量身定制的靈活解決方案滿足多種應(yīng)用需求。因此，客戶可在單個(gè)設(shè)備內(nèi)實(shí)現(xiàn)之前需要多臺(tái)設(shè)備才能實(shí)現(xiàn)的連接拓?fù)洹?br> 其次，不斷激增的數(shù)據(jù)正在對(duì)內(nèi)存和帶寬提出挑戰(zhàn)，原有的標(biāo)準(zhǔn)反而會(huì)成為設(shè)計(jì)方面的累贅，為此，Agilex也積極支持最新的內(nèi)存接口標(biāo)準(zhǔn)，包括DDR5、LPDDR5和HBM2e等等。 最后，隨著FPGA的密度在不斷增加，也讓設(shè)計(jì)變得更加復(fù)雜。AI的發(fā)展進(jìn)一步加劇了這個(gè)問題，開發(fā)人員需要有新的IP工具來應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)，這也是英特爾積極推動(dòng)OFS、Quartus等軟件的重要原因之一。 從云到網(wǎng)再到邊，F(xiàn)PGA滿足多樣AI需求 數(shù)字轉(zhuǎn)型的需求正在被打斷帶來全新的工作負(fù)載，而近兩年的主角無疑是AI，憑借著生成式AI的普及，越來越多的企業(yè)都在積極應(yīng)用人工智能為業(yè)務(wù)賦能，加速數(shù)智轉(zhuǎn)型的進(jìn)程。 從應(yīng)用場(chǎng)景來看，云端的AI需求主要集中在矩陣運(yùn)算、圖像處理、機(jī)器學(xué)習(xí)、壓縮、非對(duì)稱加密、搜索引擎排序等計(jì)算密集型任務(wù)，與CPU和GPU相比，F(xiàn)PGA在延遲方面具備極大的優(yōu)勢(shì)，通過將這些任務(wù)卸載到FPGA上執(zhí)行，可以在減少CPU負(fù)載的同時(shí)加速AI的部署。 作為FPGA下游應(yīng)用最廣泛的場(chǎng)景，F(xiàn)PGA在網(wǎng)絡(luò)通信領(lǐng)域可以有效實(shí)現(xiàn)大量高速數(shù)字信號(hào)處理功能。FPGA能夠?qū)崿F(xiàn)基帶處理單元、RF前端和基站管理的一體化設(shè)計(jì)。相比于其他解決方案，這不僅降低了部署復(fù)雜度，也使系統(tǒng)更加靈活，可以按需配置不同的無線接入技術(shù)。同時(shí)，英特爾FPGA還能提供恒定的無線電參數(shù)控制，確保信號(hào)品質(zhì)。 在邊緣側(cè)，隨著智能邊緣時(shí)代的到來，邊緣設(shè)備需要實(shí)時(shí)收集和處理各種傳感器收集的信息和數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)處理現(xiàn)場(chǎng)遇到的緊急事件，及時(shí)反饋。實(shí)時(shí)的與周邊的環(huán)境和物體進(jìn)行M2M交互，多個(gè)小型處理器提供分布式的異構(gòu)處理能力，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、聚合、加密、處理和傳輸?shù)裙δ?，而FPGA則能進(jìn)一步加強(qiáng)邊緣設(shè)備的機(jī)器學(xué)習(xí)能力，提高并行處理能力。 “FPGA的應(yīng)用越來越廣泛，特別是在工業(yè)領(lǐng)域中，像是工業(yè)控制器、攝像頭判決等應(yīng)用都是非常適合邊緣AI應(yīng)用的，這也是我們的FPGA產(chǎn)品能夠發(fā)揮作用的地方，明年大規(guī)模量產(chǎn)的Agilex 5中有AI Tensor blocks功能，就特別適合用在邊緣工業(yè)場(chǎng)景里，與ASIC或者通用CPU相比，F(xiàn)PGA無論是成本還是功耗方面都有著很大的優(yōu)勢(shì)?！庇⑻貭柨删幊谭桨甘聵I(yè)部中國總經(jīng)理葉唯琛總結(jié)道。
值得一提的是，雖然英特爾在不久前宣布計(jì)劃拆分旗下的可編程解決方案事業(yè)部（PSG），將其作為獨(dú)立業(yè)務(wù)運(yùn)營，但這并不意味著英特爾要和FPGA做切割，相反，在未來PSG獨(dú)立運(yùn)營后，會(huì)進(jìn)一步提升自己創(chuàng)新流程、決策流程上的加速提效，從而進(jìn)一步幫助客戶做好服務(wù)工作，現(xiàn)在看來，PSG也確實(shí)做好了準(zhǔn)備。 (8446760) |
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