ASDF：精細(xì)粒度異構(gòu)助力創(chuàng)新， Altera將進(jìn)入大FPGA時(shí)代

　　“數(shù)十個(gè)合作伙伴，數(shù)百家客戶，數(shù)千計(jì)的工程師，這三股強(qiáng)大的力量構(gòu)成了Altera SoC大的生態(tài)系統(tǒng)，也是Altera在SoC領(lǐng)域投入5年所獲得的成就。”Altera公司嵌入式處理營(yíng)銷資深總監(jiān)Chris Balough在一年一度的Altera SoC開(kāi)發(fā)者大會(huì)上自豪地表示。

　　圖1 Altera公司嵌入式處理營(yíng)銷資深總監(jiān)Chris Balough

　　總結(jié)過(guò)去，展望未來(lái)：雙重挑戰(zhàn)，發(fā)展SoC可成半導(dǎo)體業(yè)重要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)

　　Altera公司嵌入式處理工程副總裁Ty Garibay解讀了SoC FPGA在行業(yè)遭遇雙重挑戰(zhàn)下凸顯的優(yōu)勢(shì)：技術(shù)角度來(lái)看，海量數(shù)據(jù)的產(chǎn)生與物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，要求處理器芯片的性能要不斷提高，而當(dāng)制程進(jìn)入14nm、10nm,設(shè)計(jì)越發(fā)復(fù)雜，創(chuàng)新已經(jīng)變成一件很難的事情;經(jīng)濟(jì)角度來(lái)講，節(jié)點(diǎn)越小，所需要的開(kāi)發(fā)成本就越高，隨著制程的進(jìn)步，ROI(投入產(chǎn)出比)遭受著越來(lái)越大的壓力(如圖3)。所以無(wú)論從技術(shù)門檻來(lái)講，還是成本門檻來(lái)講，都需要可靠、可信賴的半導(dǎo)體廠商來(lái)滿足市場(chǎng)不斷提高的性能需求。

　　圖2 Altera公司嵌入式處理工程副總裁Ty Garibay

　　Garibay表示，每個(gè)芯片需要3到5億的投資，如果這么做細(xì)分市場(chǎng)很難得到理想的投入產(chǎn)出比，但FPGA SoC卻可將不同用戶的業(yè)務(wù)整合在一起來(lái)驅(qū)動(dòng)未來(lái)產(chǎn)品的發(fā)展。

　　在產(chǎn)品規(guī)劃方面，除邏輯容量、軟件工具的發(fā)展之外，不斷地根據(jù)市場(chǎng)要求添加新的硬件組件，從而達(dá)到更好的契合也是未來(lái)SoC產(chǎn)品的重要發(fā)展道路。“在過(guò)去五年里，邏輯處理容量增長(zhǎng)了十倍，也有了更好的浮點(diǎn)DSP，我們會(huì)不斷增加一些新的系統(tǒng)屬性，更好實(shí)現(xiàn)FPGA的契合。”Garibay說(shuō)。

　　Altera把眾多基于Altera SoC的應(yīng)用放到了現(xiàn)場(chǎng)，例如北京文通圖像識(shí)別中心的方案、臺(tái)灣立普思的3D鼠標(biāo)/手勢(shì)控制模型、無(wú)人機(jī)演示、支持多軸的工業(yè)機(jī)械手、高速電動(dòng)車馬達(dá)等，Garibay還著重提到了奧迪公司已經(jīng)在量產(chǎn)車中選用Altera SoC FPGA實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航自動(dòng)駕駛功能，技術(shù)音頻處理和人機(jī)互動(dòng)等屬性的整合。

　　圖5 眾記者參觀基于Altera SoC的現(xiàn)場(chǎng)演示

　　Altera產(chǎn)品路線圖曝光，精細(xì)粒度成創(chuàng)新亮點(diǎn)，大FPGA時(shí)代將來(lái)臨

　　會(huì)上，Altera曝光了未來(lái)的產(chǎn)品路線圖(如圖6)，雖然沒(méi)有披露更多產(chǎn)品細(xì)節(jié)，但是還是傳達(dá)了三個(gè)重要信息：

　　1.Altera下一代全線產(chǎn)品規(guī)劃皆為SoC，分別為高端的Sequoia系列，采用英特爾10nm制程;面向終端應(yīng)用的中端Oak系列，采用英特爾14nm工藝;面向消費(fèi)電子市場(chǎng)的低端Cedar系列，采用臺(tái)積電的低功耗制程。從路線圖上我們可以看到SoC FPGA在Altera產(chǎn)品布局上舉足輕重的位置，代表著Altera投資未來(lái)的眼光。

　　2.精細(xì)粒度異構(gòu)架構(gòu)可以突破現(xiàn)有異構(gòu)架構(gòu)的功耗/性能瓶頸

　　如圖7所示，從單核處理器到多核處理器再到異構(gòu)處理器，功耗/性能指標(biāo)一直在上升，但在異構(gòu)處理器階段遭遇瓶頸，功耗/性能停滯不前，Garibay指出精細(xì)粒度異構(gòu)計(jì)算可以突破瓶頸。何為精細(xì)粒度異構(gòu)呢?Altera給出了這樣的說(shuō)法：我們的FPGA每個(gè)硬件單元都可配置的，對(duì)于功耗較大的過(guò)程，可以把它細(xì)分為小的過(guò)程，繼而根據(jù)算法的需求做優(yōu)化、微調(diào)，調(diào)到最適合的算法硬件。這比標(biāo)準(zhǔn)同樣的GPU性能功耗比更高。因?yàn)橥ㄓ玫腉PU是固定死的硬件，無(wú)法調(diào)。Altera的硬件可以通過(guò)OpenCL這樣的編程語(yǔ)言來(lái)微調(diào)硬件。總結(jié)起來(lái)，精細(xì)粒度異構(gòu)計(jì)算的核心價(jià)值在于可以讓客戶在硬件上客戶定制，最優(yōu)化的實(shí)現(xiàn)客戶想要的功能。

　　至于未來(lái)FPGA與SoC的關(guān)系,Chris Balough指出，進(jìn)入精細(xì)粒度異構(gòu)計(jì)算，F(xiàn)PGA與SoC的概念未來(lái)將統(tǒng)一，“FPGA加上什么處理器”的說(shuō)法在未來(lái)會(huì)消失，就如同如今的CPU一樣，不會(huì)把里面的內(nèi)存控制器、內(nèi)存、程序接受器分別拿出來(lái)說(shuō)，CPU里面就包含這些東西 。Chris Balough強(qiáng)調(diào)說(shuō)：“FPGA是SoC的整個(gè)產(chǎn)品，除了芯片之外有一整套OpenCL，統(tǒng)一的開(kāi)發(fā)環(huán)境。大的FPGA未來(lái)會(huì)永遠(yuǎn)存在的，我們會(huì)進(jìn)一步推動(dòng)EDA統(tǒng)一設(shè)計(jì)的流程。大的FPGA用在軍事通信這樣來(lái)替代ASIC或者ASSP ”Chris Balough說(shuō)。

　　3.英特爾承諾支持Altera的產(chǎn)品路線圖

　　自英特爾收購(gòu)Altera的消息傳開(kāi)后，坊間對(duì)兩家攜手究竟會(huì)合力拓展何種新業(yè)務(wù)的猜測(cè)從來(lái)沒(méi)有間斷過(guò)，會(huì)上媒體也是一再追問(wèn)，Altera對(duì)此卻表現(xiàn)得諱莫如深，這也成為本次會(huì)議頗為神秘的部分。不過(guò)Chris Balough也表示，英特爾曾公開(kāi)表示過(guò)會(huì)支持Altera的產(chǎn)品路線圖發(fā)展，支持Altera SoC中繼續(xù)采用ARM架構(gòu)。ARM現(xiàn)有產(chǎn)品市場(chǎng)份額增長(zhǎng)勢(shì)頭非常好，Altera選擇ARM主要是因?yàn)榭蛻舻男枨?，本身?duì)架構(gòu)并無(wú)偏好，市場(chǎng)需求是什么核，Altera就選什么核。

　　“之前剛發(fā)了第一款的基于A9的產(chǎn)品，未來(lái)有64位的ARM架構(gòu)，是V8的架構(gòu)，會(huì)選擇A53的ARM架構(gòu)。從路線圖上看，我們的開(kāi)發(fā)很多是基于V8的64位架構(gòu)，這些新技術(shù)會(huì)給客戶帶來(lái)很多價(jià)值”Chris Balough說(shuō)。

　　精細(xì)計(jì)算對(duì)摩爾定律是補(bǔ)充還是破壞

　　半導(dǎo)體行業(yè)按摩爾定律發(fā)展至今，對(duì)性能要求高的那部分市場(chǎng)(如數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng))而言，隨著制程不斷縮小，設(shè)計(jì)和生產(chǎn)費(fèi)用都將成指數(shù)式增長(zhǎng)。而異構(gòu)計(jì)算則從架構(gòu)的角度出發(fā)，為計(jì)算進(jìn)步提供了創(chuàng)新方式。實(shí)際上異構(gòu)計(jì)算本身并不是新鮮產(chǎn)物，不過(guò)一直以來(lái)探討的主要是基于CPU和GPU之間的協(xié)同計(jì)算，F(xiàn)PGA的加入則為異構(gòu)計(jì)算賦予了更靈活的適應(yīng)能力。從SoC到異構(gòu)SoC，再到存在著無(wú)限種可能，通過(guò)不斷改善內(nèi)部硬件契合甚至更換核、能編程實(shí)現(xiàn)連細(xì)節(jié)都高度定制的大FPGA概念，Altera的SoC路線發(fā)展正是圍繞著異構(gòu)計(jì)算來(lái)不斷改進(jìn)。

　　相比于競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，Altera在概念宣傳包裝方面一向行事低調(diào)，此次發(fā)布SoC路線藍(lán)圖，也是公司積累幾年的爆發(fā)。Altera路上也面臨不少挑戰(zhàn)，首先，他勢(shì)均力敵的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手Xilinx從來(lái)都沒(méi)放松過(guò);其次，無(wú)論誰(shuí)家的產(chǎn)品，目前SoC FPGA這個(gè)新貴平臺(tái)對(duì)廣大普通工程師來(lái)說(shuō)技術(shù)門檻高。通過(guò)Chris Balough的介紹我們可以看出，想實(shí)現(xiàn)精細(xì)粒度帶來(lái)的好處，OpenCL編程是不可少的，對(duì)開(kāi)發(fā)人員算法要求也是比較高的。那么如果不會(huì)OpenCL的用戶呢?是不是要承擔(dān)異構(gòu)開(kāi)發(fā)要求“多面手”的壓力?雖然OpenCL對(duì)于異構(gòu)開(kāi)發(fā)和并行處理有天然的優(yōu)勢(shì)，但是目前掌握OpenCL的多數(shù)為軟件工程師，這對(duì)于SoC FPGA的主戰(zhàn)場(chǎng)通信領(lǐng)域自然不必憂慮，因?yàn)橥ㄐ蓬I(lǐng)域的軟件工程師人數(shù)是硬件工程師的10倍。但是別忘了Altera還將推出面向終端應(yīng)用的中端Oak系列和面向消費(fèi)電子市場(chǎng)的低端Cedar系列呢。所以Altera盡快完善出更好更統(tǒng)一的開(kāi)發(fā)工具以及眾硬件工程師及時(shí)惡補(bǔ)，更新知識(shí)結(jié)構(gòu)才是王道。