物聯(lián)網(wǎng)云管端的FPGA應用是怎么一回事

隨著大數(shù)據(jù)和云計算的落地，FPGA（現(xiàn)場可編程邏輯器件）在數(shù)據(jù)中心，基站等IT通信設備上正成為主流，風起云涌的人工智能更加速了FPGA在超級數(shù)據(jù)中心中的應用，“云管端”可以大致對應云計算、霧計算和邊緣計算， 區(qū)別在于計算能力、功能模塊、位置節(jié)點和應用場景的不同。FPGA的嵌入式應用進一步擴展到消費電子、汽車電子、工業(yè)控制、測試測量等領域， 不僅僅發(fā)生在對計算要求高的云端，而且還會出現(xiàn)在數(shù)量更加龐大的物聯(lián)網(wǎng)邊緣端。

2010年華為首先提出“云管端”概念，目前“云管端”概念已經(jīng)延伸到其他行業(yè)。

“云（Cloud）”既可以指為用戶提供云計算和大數(shù)據(jù)等云服務的集合， 也可以是一種數(shù)據(jù)匯聚和計算處理的模式， 還可以指設備的云化、電信業(yè)務的云化、電信業(yè)自身IT設施的云改造等。當然， 我們也可以簡單理解為數(shù)據(jù)中心;

“管（Channel）”是指管道，鏈接“云”和“端”之間的設備和服務都可統(tǒng)稱為管道，提供信息傳輸能力， 包括交換機、路由器、無線基站、有線接入等設備和服務;

“端（Device）”比較容易理解，是指智能設備終端（手機、數(shù)據(jù)卡、平板電腦、機器人、工業(yè)設備等能上網(wǎng)的終端設備）， 主要包括物理終端、操作系統(tǒng)軟件和人機界面接口等。

“云”上的FPGA應用

云端的FPGA的主要功能是計算。用于數(shù)據(jù)中心、人工智能、機器學習、云計算和工業(yè)云平臺。云端的FPGA應用屬于高端高利潤市場，主要由賽靈思和Intel PSG部門（注：Intel收購的Altera公司）把持，其他廠商很難進入這個市場。

云端的人工智能最近非常熱門，主要包括“離線訓練”和“在線判斷和服務”兩種方式。離線訓練是指利用海量數(shù)據(jù)輸入，通過合適的訓練方法，實現(xiàn)和驗證人工智能算法模型。而在線判斷和服務是指利用訓練出來的算法模型做出判斷，在線響應用戶的請求。

GPU有很好的計算能力， 目前主要用在離線訓練上，而在在線判斷和服務方面，F(xiàn)PGA的能耗效率（性能/能耗）和成本效率（性能/價格）都比GPU更好。在云端數(shù)據(jù)中心領域，采用FPGA的服務器應用越來越多。亞馬遜Web Services和百度大腦都在采用賽靈思和Intel PSG的FPGA支持云服務，作為在線判斷和服務的人工智能專用芯片。 百度的AI Silicon FPGA集群擁有數(shù)十萬臺服務器，已經(jīng)部署成為國內(nèi)最大的GPU/FPGA集群，采用先進的集群操作系統(tǒng)來統(tǒng)一管理，成為國內(nèi)率先推出可用的FPGA云服務的廠商。

“管”中的FPGA應用

通信行業(yè)的管道（基站、基站控制、承載、傳輸?shù)龋┐罅渴褂肍PGA。通信行業(yè)是需要實際功能測試和現(xiàn)場測試來進行產(chǎn)品迭代設計的， 不能等到標準成熟才做芯片和產(chǎn)品。 所以各設備廠家為了縮短上市時間，搶占技術先機，會在標準還未凍結(jié)之前就推出原型樣機，甚至小批量產(chǎn)品。所以FPGA成為通信廠商們的不二選擇，一邊討論協(xié)議，一邊用FPGA開發(fā)產(chǎn)品，在客戶那里一邊測試，一邊修改版本。

通信行業(yè)下一個增長的大潮應該是5G和物聯(lián)網(wǎng)，3GPP第一個5G標準今年12月初凍結(jié)，預計將于2020年開始部署，并在2023年達到頂峰。而即將到來的物聯(lián)網(wǎng)時代，NB-IoT等物聯(lián)網(wǎng)標準也在不斷演進，協(xié)議不斷更新，快速的發(fā)展變化推動了FPGA在5G和物聯(lián)網(wǎng)的應用。

在整個通信管道中，越靠近終端側(cè)，設備的數(shù)量越多，用的FPGA量也越多，而越靠近核心網(wǎng)側(cè)，用的FPGA數(shù)量越少，但價格更貴。在協(xié)議完全凍結(jié)后，各設備廠家會逐步以ASIC來替代之前的FPGA，因此FPGA在通信領域主要在初、中期應用比例高，后期可能會被ASIC替代，只留下一些接口類的FPGA。在通信管道領域，主要是賽靈思和Intel PSG之間的競爭，別的廠商很難進入這個市場。

“端“里的FPGA應用

FPGA目前在智能終端設備上已經(jīng)開始廣泛應用，如無人駕駛汽車、機器人、安防監(jiān)控、電子半導體測試設備、醫(yī)療設備、工廠自動化設備、軍用設備、消費電子產(chǎn)品、物流運輸、AR/VR和游戲設備等。FPGA在這些終端設備中的應用主要考慮能耗效率（性能/能耗）和成本效率（性能/價格），而在消費電子行業(yè)中，這種對功耗和性價比的追求更是達到了極致。

FPGA在智能終端的應用主要包括三方面：互聯(lián)（感知周圍的世界，與外界建立連接）、計算（對收集到的數(shù)據(jù)和信息進行處理和判斷，通過人工智能和機器學習等建立對外界的認知）和控制（智能地響應外部請求，做出相應的動作和反饋）。

來源：朗銳智科