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英特尔发布全新FPGA平台Agilex:对赛灵思展开绝地反击

时间:2019-04-03 作者:顾正书 阅读:
与英特尔自己的Stratix系列和同行的FPGA产品相比,最新Agilex FPGA有三大优势:
1. 基于英特尔自己的10nm工艺,采用chiplet积木和3D堆叠技术以实现任意的异构集成。2. 集成eASIC芯片定制技术以实现从 FPGA 到结构化 ASIC 的迁移路径。3. 基于CXL互联标准以实现与至强处理器之间的低延迟和内存一致性,从而加速各种复杂任务的处理速度。

FPGA成为AI+IoT+5G时代的重要驱动力

随着AI、IoT和5G三大技术驱动力的融合,边缘计算成为快速增长的应用场景。边缘计算对数据安全性、传输延迟、功耗和总体成本都有更高的要求,擅长数据密集型运算的通用CPU和GPU在这一多样化的应用市场反而力不从心。专用芯片ASIC虽然针对某一特定应用具有更高的性能,但无法满足边缘计算和物联网碎片化、多样化的应用需求。
 
而FPGA凭借其性能和灵活性综合优势而逐渐成为边缘计算市场的关键驱动力,其可编程性不但可以加载不同的运算架构,实现器件本身的通用性,而且可以深度定制,提升算力。比如,虽然GPU在AI训练方面有独特的算力优势,但对服务器的网络带宽和内存带宽要求也很高,会加剧服务器的带宽瓶颈。而FPGA却可以通过IO编程特性实现加速,因为FPGA所需的计算数据不需要进入服务器,避免了与CPU的带宽竞争。此外,FPGA在低延迟和稳定性上也具备天然的优势。
 
据Gartner数据统计,2017年全球FPGA市场规模只有40亿美元,主要应用于军事和航空航天等非民用领域。预计未来FPGA在这一传统领域的增长将保持稳定,而在嵌入式/边缘计算、5G通信网络和云计算数据中心等民用市场将会表现出不俗的增长趋势。据中泰证券市场分析预测,到2023年全球FPGA市场规模将达到171亿美元,5年复合增长率超过21%。

群雄逐鹿以数据为核心的应用市场

在以数据为核心的AI+IoT+5G融合趋势下,从嵌入式边缘计算到5G无线通信网络基础设施,一直往上到云计算平台和企业级数据中心市场,每天所产生的海量数据将以指数式增长。预计到2020年,一个普通互联网用户每天所产生的数据为1.5GB,一家智能型医院会产生3TB数据,而一辆自动驾驶汽车产生的数据为4TB,一架联网的飞机为40TB,一座智能工厂会产生高达1PB的数据。这些海量数据的处理、传输和存储对计算设备、系统和网络带来了巨大挑战,同时也创造了庞大的市场需求。预计到2023年,这些应用对芯片的市场需求规模将达到2000亿美元。
 
面对如此巨大的市场需求,群雄都想分一杯羹。携GPU在数据中心AI训练市场一枝独秀的英伟达也想下沉到边缘计算的AI推理应用市场,FPGA龙头老大赛灵思也不甘于传统的利基市场,去年推出自适应计算加速平台(ACAP)和Everest架构,开发出采用TSMC 7nm工艺、容纳500亿个晶体管的FPGA巨无霸芯片,试图像英伟达那样凭借高性能FPGA在高端数据中心AI市场抢占一席之地。已经在服务器CPU市场抢得一点份额的AMD也不甘落后,虽然无法与英特尔正面对抗,但跟赛灵思联手也可以对英特尔构成威胁。
 
向来独霸数据中心这一高利润市场的英特尔虽然是一头雄狮,但面对群狼的围攻,显得有点招架乏力。自家的10nm晶圆工艺一拖再拖,眼看着被TSMC和三星超越了。而自从2015年以167亿美元收购FPGA老二Altera以来,始终没有什么重大新产品出来。在AI训练方面,收购的几家AI加速器初创公司到目前还没有拿出能够跟英伟达GPU抗衡的产品来。在收购Mellanox上又败给了英伟达,致使后者如虎添翼,在高端计算市场的实力大增。
 
难道英特尔就这样眼看着自己的地盘被蚕食吗?显然不是。从其2018年财报可以看出,英特尔正在从以PC为中心转型为以数据为中心的业务模式。在708亿美元的营收中,PC业务占比已经下降至52%,而服务器业务相比2017年增长21%,占比达到32%。然而,其FPGA业务却只有21亿美元,而且增长也不是很显著,仅占整体营收的3%。
intel-2018-revenue.png
在这样的背景下,英特尔今天正式发布全新的FPGA平台Agilex,与至强处理器携手展开绝地反击,以对抗赛灵思、英伟达和AMD等群狼的围攻。Agilex跟Altera Stratix 10有何不同?能够与赛灵思Versal/ACAP抗衡而成为绝地反击的制胜武器吗?

Agilex三大优势

英特尔这次以一个全新的品牌Agilex来推出FPGA产品,目的应该是想跟Altera时代的Stratix区分开来,同时也体现出英特尔整合各个产品线以协同作战的战略思想。Agilex是英特尔一个代号为Falcon Mesa项目的开发成果,在单个平台上集成了模拟、数字、存储器、定制IO、FPGA逻辑和eASIC等功能模块。它在原来Stratix基础上,充分利用了英特尔最新的制造工艺技术,也与其至强处理器很好的对接起来,将成为英特尔在新兴的云计算/企业级数据平台、5G无线通信和网络,以及嵌入式设备和边缘计算领域的有力武器。
 
英特尔可编程方案事业部(PSG)高级副总裁 Dan McNamara 表示:“快速解决以数据为中心的问题要求采用敏捷、灵活的解决方案,以高效传输、存储和处理数据。英特尔 Agilex FPGA 不仅提供定制的连接性和加速功能,还能面向多种工作负载显著提升性能和降低功耗。”
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与英特尔自己的Stratix系列和同行的FPGA产品相比,Agilex有三大优势:
1. 基于英特尔自己的10nm工艺,采用chiplet积木和3D堆叠技术以实现任意的3D异构集成。chiplet的理念就是将裸片像搭积木一样堆叠起来,形成系统级封装(SiP)。跟SoC设计中的IP模块一样,chiplet是一种硅片形式的IP,可以重复使用。英特尔FOVEROS技术就是采用这种理念来实现不同工艺chiplet的异构集成,裸片之间的互联不会损害性能。芯片封装的异构集成最早是由钰创科技(Etron Tech)创始人、台湾半导体产业协会理事长卢超群博士(Nicky Lu)提出的,随着摩尔定律的逐渐消退,3D异构集成的晶圆制造技术开始发展起来。
 
2. 集成eASIC芯片定制技术以实现从 FPGA 到结构化 ASIC 的迁移路径。eASIC是英特尔去年收购的一家定制化ASIC技术公司,现已集成进Agilex平台,利用其带有可复用 IP 的自定义逻辑连续体,在整个产品生命周期内进行灵活优化,让客户快速从FPGA转移到ASIC。 微信图片_20190403095011.png
 
3. 基于CXL互联标准以实现与至强处理器之间的低延迟和内存一致性,从而加速各种复杂任务的处理速度。高性能系统内部的数据要在处理器和加速器之间不停地复制,这就造成了数据存取瓶颈。Agilex是业界第一款支持 Compute Express Link(CXL)的 FPGA,使得处理器和FPGA之间的数据传输不必再重复复制,自然也消除了内存瓶颈,扩大了内存空间。
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此外,Agilex平台采用第二代HyperFlex架构,支持112G的收发器速率和PCIe GEN5标准,可为400G网络、边缘分析和数据中心等工作负载提供高带宽。除了出色的硬件性能外,Agilex FPGA开放工具和IDE等软件环境的作用也不容忽视。Quartus Prime可缩短硬件开发者30%的编译时间,内存利用率也提高了15%。One API为软件开发者提供了单一源的异构编程环境,支持常见的性能库API、Intel VTune和Advisor等软件开发工具。
 
根据英特尔2月份的基准测试,Agilex在最大时钟速率(Fmax)上比Stratix 10提高了40%,而总能耗降低高达40%。此外,Agilex还具有高达40 TFLOP的DSP性能(FP16配置)和92 TOP DSP性能(INT8配置)。针对不同的应用需求,Agilex平台提供三大系列的FPGA。F系列适用于大众化应用,而具有无缝连接到至强可扩展处理器(CXL)选项的I系列适用于高性能处理器接口和大带宽应用。对于计算密集型应用,M系列除了具有F和I系列的所有功能特性外,还带有HBM选项。
 
英特尔PSG首席产品营销官Patrick Dorsey在中国新闻发布会上总结道:“现在市场发展特别快,需要有一个平台能够为客户带来定制化的解决方案。Agilex就是这样一个平台,让客户很快地创造出或优化自己的解决方案。并且有了Any to any这样的混合集成,就可以更好地帮助到客户。”
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顾正书
电子工程专辑(EETimes China)主分析师。以深圳为坐标原点,扫描全球电子和半导体行业。专注于China Fabless和SoC设计细分市场的分析和学习,欢迎交流。
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