在刚刚落幕的2022英特尔FPGA中国技术周上,英特尔不但披露了其最新推出的基于Intel 7制程工艺的Agilex D系列和Sundance Mesa系列的技术细节,还展示了如何与中国产业生态伙伴深化合作,共谋产业未来发展的新图景。

作为英特尔XPU战略中一款重要的异构计算产品,FPGA以可编程的方式在算力卸载、存储池化、内存池化方面展现了核心价值,在保持基础设施高性能、高利用率的同时,透过虚拟化,实现了更灵活地资源调配,充分释放了云数据中心算力。

而在刚刚落幕的2022英特尔FPGA中国技术周上,英特尔不但披露了其最新推出的基于Intel 7制程工艺的Agilex D系列和Sundance Mesa系列的技术细节,还展示了如何与中国产业生态伙伴深化合作,共谋产业未来发展的新图景。

坚定向中端市场迈进

作为英特尔高端Agilex FPGA产品向中端应用的延伸,Agilex D系列采用Intel 7制程工艺,可提供相较于目前Agilex F/I/M系列更小的外形规格及更低的功率与密度,适合对性能要求更高的场景,如广电行业、5G处理、射频处理、小基站、回传等。

相比之下,此前的F系列适用于数据中心、网络和边缘的各种应用;I系列适用于需要大量接口带宽和高性能的应用;M系列提供面向英特尔至强处理器的一致性连接、HBM集成、增强型DDR5控制器支持,针对需要大量内存和高带宽的数据密集型应用进行了优化。

Agilex D中嵌入了高性能双核Arm Cortex-A76和Cortex-A55处理器,以及LPDDR5内存接口。颗粒密度为100K-644K,封装尺寸最小23平方毫米,支持最高速度28Gbps的收发器、PCIe Gen 4和25GbE以太网、以及SDI/DP/HDMI/MIPI/TSN等视频接口协议。 

AI处理方面,Agilex D的DSP模块不仅可以处理18×19乘累加运算,还可以处理16bit的浮点运算,以及高达20个8bit的整形运算。与现有的Stratix 10/Arria 10相比,Agilex D系列的AI运算性能有高达两倍甚至是数十倍的提升。

同样采用Intel 7制程工艺的Sundance Mesa FPGA旨在为边缘、嵌入式等应用场景(例如边缘计算、PLC、视频/视觉处理、工业机器人)提供高能效的性能。与英特尔Agilex D系列FPGA相比,Sundance Mesa将凭借更低功耗、更小外形规格和逻辑密度的优势,向更广阔的应用市场迈进。

如果与16纳米FPGA和Cyclone V相比,Sundance Mesa可分别提供1.6倍和2.5倍的性能功耗比。由于在内置DSP模块中引入了AI张量处理器,使得Sundance Mesa具备更强的处理能力来应对AI领域使用较多的int8乘法运算,或者是18×19乘累加运算。对比数据显示,和Cyclone V相比,Sundance Mesa可提供高达26倍的int8处理能力;和Arria相比,可提供2倍的int8处理能力,与Stratix 10相当。

此外,英特尔在Sundance Mesa当中也嵌入了双核Arm Cortex-A76和双核Cortex-A55处理器、更高性能的安全管理器(SDM),并支持SDI/DP/HDMI/MIPI/TSN等接口标准。为了面向不同的应用场景,Sundance Mesa的颗粒密度大小从50K-600+K不等,封装尺寸最小为15平方毫米。

支持CXL/PCIe 5.0和Tofino扩展架构同样值得关注。基于Intel 7制程工艺、芯粒设计和P4可编程性,英特尔Agilex FPGA既可以为要求极为苛刻的处理器工作负载提供更大的加速,也能够实现更大的性能优化灵活性,并在开放标准的情况下达到较低TCO(总体拥有成本)。

预计2023年上半年英特尔Quartus Prime Software开始支持Agilex D和Sundance Mesa,2023年下半年上市,2024年上半年投产。

高速增长的FPGA市场

FPGA市场在过去几年经历了快速增长。英特尔数据中心与人工智能集团副总裁兼可编程解决方案事业部产品营销总经理Deepali Trehan援引相关数据称,2020-2021年,FPGA市场增长速度为16%,此后,到2027年,该市场预计将以12%的年复合增长率持续成长。

众所周知,半导体供应链在近几年中遭遇了极大的挑战。为此,英特尔首席执行官帕特·基辛格在上任后提出了英特尔IDM 2.0战略,并在全球对领先产能进行投资,例如今年年初,英特尔宣布在美国俄亥俄州投资200多亿美元建设两个新的尖端芯片工厂,以满足对先进半导体的不断增长的需求,此举也极大缓解了英特尔FPGA的供应问题。

但Deepali Trehan认为供应链挑战仍存在。“半导体供应链的挑战来自晶圆、原材料、封装等方方面面,而且,在一些新的先进工艺节点上也存在挑战。”同时,4K/8K视频、3D感知、PCIe Gen 5接口等新技术对数据处理性能、低延时、低功耗、高带宽指标提出了更高的要求,导致工具流程复杂化、开发时间大幅增加,客户还要考虑规避失败的风险,一切的一切都需要认真面对。

“FPGA的关键价值在于其可编程性和灵活性。正如大家所见,包括AI在内,目前很多新兴标准正在演化,我们希望FPGA在基础设施加速、云加速和边缘计算领域中能够发挥关键作用。”Deepali Trehan指出,在边缘计算领域,AI仍处于早期萌芽状态,有着许多机会和可能性,很多客户、甚至整个行业都在探索AI在边缘以及嵌入式市场中扮演着怎样的角色,而FPGA可以赋予AI更高的灵活性,尤其是当客户在边缘领域运行AI相关工作负载时,能够为其特定工作负载进行优化,这一点至关重要。

另一个值得关注的趋势,是“高端和中端之间的界限越来越趋向于模糊。”——有些高端FPGA会延伸到中端应用中,有些低端应用又对产品有着较高的需求。以IPU为例,它主要负责承担并加速与网络、存储和安全类应用相关的输入/输出密集型工作负载,基于ASIC的IPU能够提供更好的功率/性能比。但对于中端市场来说,则需要更低的功率和更强的性能,这也正是Agilex D系列FPGA所具备的。

再比如几年前,AI类应用可能会被归于“高端”,但现在,AI几乎无处不在。于是英特尔也需要将以往更侧重高端应用市场的FPGA产品延伸至中端,这也是此时推出Agilex D系列和Sundance Mesa FPGA的原因所在。

英特尔可编程方案事业部中国总经理叶唯琛则再次强调指出,FPGA在整个英特尔XPU战略中扮演着十分重要的角色,支持CXL/PCIe 5.0的Agilex FPGA,以及第四代英特尔至强可扩展处理器Sapphire Rapids可以为客户带来全方位的加速体验。

打造更繁荣的FPGA生态

在2022英特尔FPGA中国技术周的分享中,英特尔FPGA中国创新中心总经理张瑞指出,“英特尔FPGA中国创新中心除了有研发中心之外,还有云加速中心。同时,创新中心还聚焦在FPGA领域的人才培养和产业峰会、大赛,并积极推动FPGA在中国的生态拓展。因此,它是一个完全的综合体。”

与常规加速中心不同,英特尔FPGA云加速中心中的所有服务器上都安装了英特尔FPGA加速卡,包括最早推出的英特尔Arria 10、Stratix 10、以及Agilex开发版。借助该中心,英特尔不仅将所有的设备开放给客户,还有专业技术人员提供技术辅导,客户和所有开发者的评估在云端就可以完成,非常省时省力。

而之所以设立FPGA云加速中心,按照张瑞的说法,是英特尔发现随着人工智能和各种新科技的发展,很多应用,尤其是视频类应用对协议和数据处理、压缩工作进行加速的需求日趋高涨。

同时,考虑到FPGA人才缺口很大,而且FPGA使用的语言既不是传统的C或者是C++,也不是Java,而是更小众的语言,国内许多高校并未开设专门针对FPGA的课程。因此,英特尔FPGA中国创新中心从头设计了全套的FPGA人才培养体系,从初级、中级、高级、专家级,成千上万的课件、以及不同的上手开发小实验。目前,创新中心推出的专业书籍目前已经超过12本,其中3本入围国家“十三五”规划教材。 

除了云加速中心和人才培养之外,创新中心同样聚焦产业峰会及大赛,包括2018年FPGA国际创新峰会、2019年FPGA智能创新国际大赛、以及2020年智能创新国际峰会等,旨在鼓励创新,进一步推动FPGA技术与创新的融合。

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