探秘Intel PSG：加大投資，“FPGA+”聯(lián)接云和物

　　這幾天，2016年英特爾信息技術(shù)峰會(huì)(IDF 2016)正如火如荼地進(jìn)行。期間首次亮相了英特爾SoC FPGA開發(fā)者論壇(ISDF)，此活動(dòng)聚焦英特爾可編程解決方案事業(yè)部(PSG，前身為Altera公司)及其SoC FPGA技術(shù)。英特爾首席執(zhí)行官(CEO)科再奇登臺(tái)發(fā)表主題演講，并向觀眾展示了英特爾品牌的14納米Stratix 10 FPGA(如下圖)。

　　這激動(dòng)人心的一刻來之不易。此前，Altera已有14納米Stratix的規(guī)劃，去年12月28日Altera與Intel正式聯(lián)姻后，經(jīng)過磨合，這一產(chǎn)品才得以出爐。

　　從Altera角度看，這一收購(gòu)對(duì)Altera的用戶而言意味著什么?目前的發(fā)展方向如何?最重要的是：FPGA和SoC FPGA能否在英特爾站穩(wěn)腳步?

　　在此讓我們切換一下場(chǎng)景，回到今年的7月28日，Altera團(tuán)隊(duì)合并后在北京第一次舉辦的新聞發(fā)布會(huì)。

　　投資驅(qū)動(dòng)增長(zhǎng)

　　Intel最新的愿景是智能計(jì)算與互聯(lián)更強(qiáng)。PSG產(chǎn)品營(yíng)銷總監(jiān)Patrick Dorsey解讀CEO科再奇的講話，看到了加大投入、提高營(yíng)收、FPGA很重要等關(guān)鍵詞。

　　因?yàn)镕PGA在“云和數(shù)據(jù)中心”和“物體和設(shè)備”的良性循環(huán)中無處不在。具體地，Intel的架構(gòu)叫IA，在此市場(chǎng)產(chǎn)品當(dāng)中，F(xiàn)PGA也是存在的。“我們分析過，既有IA(Intel架構(gòu))，也有FPGA的市場(chǎng)，大概有80%的重疊。”例如有客戶已經(jīng)用FPGA和IA做到5G系統(tǒng)中，光網(wǎng)絡(luò)是另外一個(gè)例子，PSG是光網(wǎng)絡(luò)市場(chǎng)占有率第一的FPGA供應(yīng)商，我們已經(jīng)有能力把光跟FPGA進(jìn)行直連光網(wǎng)絡(luò)，光網(wǎng)絡(luò)是另外一個(gè)例子，我們是光網(wǎng)絡(luò)市場(chǎng)占有率第一的FPGA供應(yīng)商，我們已經(jīng)有能力把光跟FPGA進(jìn)行直連。對(duì)于云和數(shù)據(jù)中心來說，80%的FPGA是來自于Altera的。這部分的FPGA主要是來做一些加速和分析的應(yīng)用。實(shí)際上，在IoT(物聯(lián)網(wǎng))市場(chǎng)里面，以前FPGA更多是工廠自動(dòng)化，現(xiàn)在在汽車的應(yīng)用領(lǐng)域，PSG也在做相應(yīng)的一些開發(fā)。汽車的潛力很大，例如，預(yù)計(jì)在2020年手機(jī)數(shù)據(jù)量會(huì)在1GB，對(duì)于汽車來講是400GB。要完成這樣巨大的數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)處理需要FPGA做一個(gè)加速。

　　過去在汽車市場(chǎng)實(shí)際上已經(jīng)出貨了5500多萬片Intel FPGA。在無線和通信的市場(chǎng)，有95%以上的蜂窩電話呼叫和數(shù)據(jù)是通過Intel FPGA進(jìn)行處理。在云計(jì)算市場(chǎng)，Intel FPGA有80%的市場(chǎng)份額。

　　如今FPGA同時(shí)實(shí)現(xiàn)了靈活性和高效率。芯片融合帶來了互聯(lián)、加速、可伸縮性等優(yōu)勢(shì)。例如汽車領(lǐng)域，摩爾定律已慢下來，藍(lán)色線是芯片的性能趨勢(shì)，因此需要新的方法提升性能(黃色線)，例如異構(gòu)計(jì)算來填補(bǔ)這個(gè)落差，同時(shí)需要靈活性和安全。具體地，在一些新型號(hào)的汽車?yán)锩?，我們的代碼行數(shù)是一億行。第一個(gè)挑戰(zhàn)是關(guān)于性能的挑戰(zhàn)，在汽車或者其他的應(yīng)用里，我們看到對(duì)性能需求的要求越來越高，但同時(shí)對(duì)功耗的要求也是越來越嚴(yán)苛。因?yàn)楸旧硭捏w積和散熱都會(huì)受到很大的限制，尤其是像汽車這類產(chǎn)品，或者其他電池供電的設(shè)備里面。我們一方面對(duì)性能的要求越來越高，同時(shí)，功耗又不能隨著需求再繼續(xù)往上提升。同樣還有安全和保密。這也是為什么Intel購(gòu)買Altera的原因。需要把FPGA和處理器方案整合起來。

　　汽車應(yīng)用基本分為三大類：感知;把采集回來的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算;對(duì)相應(yīng)的計(jì)算結(jié)果采取措施和動(dòng)作。用戶通常會(huì)把安全和大數(shù)據(jù)用處理器來做，F(xiàn)PGA更多地被用到感知和數(shù)據(jù)加速。希望通過“處理器+FPGA”可以完成得更好。

　　何時(shí)采用“FPGA+CPU”?

　　通常一大塊是分立的CPU+分立的FPGA?，F(xiàn)在市場(chǎng)上我們已經(jīng)有很多這樣的產(chǎn)品，或者是板子。第二大塊是合封的，叫做封裝集成的CPU或FPGA。這個(gè)產(chǎn)品今天也是已經(jīng)在發(fā)售了。將來還會(huì)有集成在同一個(gè)硅片上的處理器和FPGA(注，筆者猜測(cè)，將是集成了ARM Cortex-A53等處理器核，組成異構(gòu)計(jì)算架構(gòu)的Stratix 10 PSoC)。

　　那么，從分立到封裝集成、到管芯集成，每瓦性能能提高多少?可以看到，最基本的功耗會(huì)用在驅(qū)動(dòng)I/O上，距離越遠(yuǎn)，花在驅(qū)動(dòng)I/O上的功耗就會(huì)很大。目前來看，分立大概有30%的功耗會(huì)花在驅(qū)動(dòng)I/O上。如果合封在一起，估計(jì)會(huì)減少15%。如果再進(jìn)一步封裝，到一個(gè)硅片里，可能還會(huì)帶來額外5%功耗的降低。

　　但更加有意思的是什么呢?當(dāng)我的FPGA跟CPU，或者其他的東西合封，設(shè)計(jì)到同一個(gè)硅片里面去，我的架構(gòu)可能會(huì)發(fā)生一些變化，不再像以前設(shè)計(jì)的片到片的架構(gòu)，可能會(huì)變得更加靈活，可能會(huì)更加適合于某一個(gè)應(yīng)用，更加貼合你的應(yīng)用就會(huì)省掉更多的功耗，50%、80%，……可能會(huì)跟具體的應(yīng)用場(chǎng)景密切相關(guān)。

　　值得說明的是，PSG會(huì)給用戶提供不同的解決方案和選擇，并不是一定要去做合封。也許在某些場(chǎng)景，例如批量不是很大的部分工業(yè)應(yīng)用，工程師更喜歡分立的方案。而大批量時(shí)，封裝集成或硅片集成更有優(yōu)勢(shì)。

　　未來1/3云服務(wù)器中會(huì)用到Altera FPGA

　　回到數(shù)據(jù)中心上，PSG預(yù)測(cè)在2020年有1/3的云服務(wù)的供應(yīng)商，在它的產(chǎn)品里面會(huì)用到FPGA，包括中國(guó)的云服務(wù)供應(yīng)商的用戶。對(duì)于數(shù)據(jù)中心的用戶，實(shí)際上無論從工具的角度，還是從“FPGA+ CPU”集成，PSG部門將會(huì)提供更好的帶寬和功效，為服務(wù)器用戶提供更好的產(chǎn)品。

　　有幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，第一會(huì)幫助服務(wù)器設(shè)計(jì)者或用戶更好、更簡(jiǎn)單地使用我們的產(chǎn)品。第二，性能上追求高帶寬、低延時(shí)。

　　為此需要提高兩點(diǎn)：1.開發(fā)者的體驗(yàn);2.提升帶寬。PSG部門正在朝這兩方面進(jìn)行更多的投資

　　在今年，2016年Intel的PSG就已經(jīng)增加了30%的工程人員。在一些特定的領(lǐng)域，比如高速收發(fā)器領(lǐng)域，工程人員資源投入增加了一倍。

　　四大投資方向

　　1.Stratix 10。是第一個(gè)在Intel 14納米工藝上生產(chǎn)的高端產(chǎn)品。Patrick拿出了一個(gè)Stratix 10的機(jī)械測(cè)試芯片，這個(gè)是多硅片封裝的芯片，這里面有多個(gè)硅片。圍繞在大芯片——FPGA周圍的小芯片可以是DRAM或其他芯片。這個(gè)DRAM會(huì)采用HBM的RAM把它封裝集成在里面，解決對(duì)存儲(chǔ)卡高帶寬、低延時(shí)的需求。

　　除了DRAM之外，我們可以封裝集成其他的芯片，比如ADC或DAC。多芯片封裝技術(shù)采用了Intel特有的嵌入式多芯片的橋接技術(shù)(EMIB)，可以提供更高帶寬芯片間的互聯(lián)和更低的延時(shí)。

　　2.將來要開發(fā)的新的產(chǎn)品。例如在今年IDF上面會(huì)宣布的產(chǎn)品路線圖。新產(chǎn)品關(guān)注兩個(gè)方面：一個(gè)是產(chǎn)品，即芯片的性能。第二，工藝。

　　如上圖，Harrisville和Falcon Mesa是PSG產(chǎn)品的內(nèi)部開發(fā)代號(hào)，不是FPGA正式的名字。Falcon Mesa括號(hào)里的MR代表中端，HE代表是高端?？梢姡赑SG下一代產(chǎn)品里，中端和高端會(huì)采用同一個(gè)平臺(tái)Falcon Mesa。

　　為什么會(huì)推出這樣三個(gè)不同的產(chǎn)品系列?主要還是關(guān)于我們一直說的性能功耗比，左下角的Harrisville可以用在互聯(lián)網(wǎng)或者功耗體積要求比較高的場(chǎng)景下。最上端的Falcon Mesa是高端產(chǎn)品，可以被應(yīng)用在云計(jì)算，或者其他的高性能需求的市場(chǎng)。中間是的中端產(chǎn)品可以被應(yīng)用在4.5G或5G的通訊市場(chǎng)。

　　3.新的開發(fā)工具和平臺(tái)。

　　如上圖可見左側(cè)的工具流程發(fā)展趨勢(shì)。

　　PSG希望新的產(chǎn)品主要是從兩個(gè)維度來看，一個(gè)是提高效能，第二個(gè)維度是產(chǎn)品的性能功耗比。我們希望跨平臺(tái)的用戶，不同的用戶，不同的平臺(tái)都可以有很好的生產(chǎn)效率。從橫向的坐標(biāo)來看，也是希望在硬件平臺(tái)上能夠有很好的、更多的選擇來做每瓦性能。

　　4.面向新興的市場(chǎng)。例如上文提到的數(shù)據(jù)中心和汽車等。

　　關(guān)于PSoC的有趣資料與問答

　　這里簡(jiǎn)要回顧一下Altera PSoC的歷史。第一、二代ARM處理器芯片(Cyclone V，Arria 10)在TSMC生產(chǎn)，合并后的Intel PSG部門將推出第三代PSoC，它是集成了ARM核的Stratix 10，將在Intel生產(chǎn)。

　　PSG的ARM芯片——PSoC FPGA的應(yīng)用會(huì)與Intel CPU沖突嗎?Patrick說其ARM處理器是用在Intel IA處理器的周圍，是輔助作用。是否FPGA會(huì)和Intel至強(qiáng)(Xeon)集成?“這得由Intel決定”。是否FPGA會(huì)和Intel的小芯片Atom集成?“也許吧。”是否PSG將來會(huì)推“ARM處理器+FPGA”去和Intel IA競(jìng)爭(zhēng)?Patrick笑了。

　　那么，PSG與合并前相比，發(fā)展是否受到了些局限?Patrick稱基本上沒有什么限制，PSG還會(huì)做ARM異構(gòu)平臺(tái)。盡管PSG現(xiàn)在已退出了IBM OpenPower聯(lián)盟，但是會(huì)去支持業(yè)界公開的標(biāo)準(zhǔn)、協(xié)議。IBM也是PSG的一個(gè)客戶。

　　小結(jié)

　　PSG部門已獲得來自英媽的大筆投資，目的是實(shí)現(xiàn)高增長(zhǎng)。14nm Stratix已問世，看好數(shù)據(jù)中心、汽車等物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。FPGA+處理器將是增長(zhǎng)點(diǎn)，至于這個(gè)處理器是ARM還是英媽的，由客戶和英媽說了算，因?yàn)榭蛻裟軒硎杖?，但也不能拆英媽的臺(tái)!

　　一點(diǎn)小留戀：“Altera”這個(gè)伴隨著PLD歷史一起成長(zhǎng)的名字就要在今年年底消失了，那些熱愛PLD的粉絲們需要重新適應(yīng)一個(gè)有點(diǎn)復(fù)雜的新名字：Intel PSG。真是留戀那PLD黃金時(shí)代的三十年!