FPGA+CPU將會(huì)是未來(lái)基于大數(shù)據(jù)的人工智能的主要架構(gòu)
道的不少在做大腦芯片或者人工智能芯片的公司,都在采用FPGA+CPU的架構(gòu)方式,再過(guò)幾年,這些芯片植入各種消費(fèi)電子中將會(huì)無(wú)處不在,F(xiàn)PGA會(huì)真正從小眾市場(chǎng)走向大眾市場(chǎng),這樣看來(lái)英特爾167億美元的收購(gòu)物有所值,更不用說(shuō)將來(lái)在核心的云端大市場(chǎng)所擁有的絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。
盡管英特爾收購(gòu)Altera的案子還在等中國(guó)與韓國(guó)政府的批準(zhǔn)(美國(guó)與歐洲都已通過(guò)),也許還需要再等1-3個(gè)月,但是FPGA+CPU這種異構(gòu)架構(gòu)正在遍地開(kāi)花,特別是一些需要智能視覺(jué)分析、與云端大數(shù)據(jù)結(jié)合的智能終端中都在采用這種方式,F(xiàn)PGA+CPU將會(huì)是未來(lái)基于大數(shù)據(jù)的終端的主要架構(gòu),改變整個(gè)處理器產(chǎn)業(yè)格局。
在深圳ASDF大會(huì)上,眾多客戶展示了基于FPGASoC的最新應(yīng)用,F(xiàn)PGA+CPU架構(gòu)正在迅速被業(yè)界認(rèn)可并采用。下面本刊記者為您帶來(lái)一些精彩的案例,并且專(zhuān)訪了Altera美國(guó)專(zhuān)家——嵌入式處理營(yíng)銷(xiāo)資深總監(jiān)Chris Balough,他的犀利的觀點(diǎn):“未來(lái)用戶不會(huì)關(guān)心SoC中采用了什么技術(shù),而只是關(guān)注這個(gè)SoC的性能。就像現(xiàn)在大家不會(huì)再關(guān)注CPU中采用了什么內(nèi)存技術(shù)一樣,就說(shuō)它是一個(gè)CPU。”也許,不用十年,F(xiàn)PGA這個(gè)獨(dú)立的細(xì)分市場(chǎng)就會(huì)消失掉,Altera已被英特爾收購(gòu),而Xilinx等也會(huì)找到他們鐘情的合作伙伴。
圖:奧迪的量產(chǎn)車(chē)從硅谷到拉斯維加斯實(shí)現(xiàn)了近900公里環(huán)路的自動(dòng)駕駛,采用了Altera的FPGA SoC
在ASDF大會(huì)上,嵌入式處理營(yíng)銷(xiāo)資深總監(jiān)ChrisBalough 展示了Altera未來(lái)的路線圖:高端產(chǎn)品將采用英特爾10nm制程;中端采用英特爾14nm制程;而低端產(chǎn)品Cedar將會(huì)針對(duì)量大的消費(fèi)電子市場(chǎng),仍然采用TSMC的工藝制程。“Cedar產(chǎn)品繼續(xù)采用TSMC制程,我們會(huì)保持與TSMC的長(zhǎng)久關(guān)系。”他說(shuō)道。如下圖
圖:Altera未來(lái)的高中低端路線圖,已涉及到采用英特爾的10nm工藝。
高端產(chǎn)品特征是單個(gè)Die中可以達(dá)到1000萬(wàn)個(gè)邏輯單元,這是基于英特爾的特殊工藝才能實(shí)現(xiàn)的,將來(lái)針對(duì)大數(shù)據(jù)云端的應(yīng)用包括路由器等,具有超強(qiáng)的性能與低功耗特征。并且,Altera有信心可以實(shí)現(xiàn)大Die的高良率。
大家最感興趣的是將來(lái)針對(duì)大批量市場(chǎng)的中低端Cedar系列產(chǎn)品的細(xì)節(jié),但是Chris Balough表示,現(xiàn)在還不能公布Cedar的細(xì)節(jié),“但是我們有信心引領(lǐng)在消費(fèi)電子的很多應(yīng)用中,由ASSP轉(zhuǎn)向FPGA SoC,我們將提供極具成本效益的解決方案,并且也在功耗上具有優(yōu)勢(shì),讓更多產(chǎn)品使用64位v8處理器的架構(gòu)。”他說(shuō)道。
“ 未來(lái)用戶不會(huì)關(guān)心SoC中采用了什么技術(shù),而只是關(guān)注這個(gè)SoC的性能。就像現(xiàn)在大家不會(huì)再關(guān)注CPU中采用了什么內(nèi)存技術(shù)一樣,就說(shuō)它是一個(gè)CPU。” 不過(guò),未來(lái)那些大型的FPGA會(huì)繼續(xù)存在。但是,所有這些包括超大邏輯單元FPGA與FPGA SOC,都會(huì)遵循統(tǒng)一的開(kāi)發(fā)工具,它們會(huì)用一個(gè)統(tǒng)一的開(kāi)發(fā)環(huán)境OPenCL,既可用于FPGA,也可用于ARM控制器。“現(xiàn)在OPenCL在大學(xué)本科課程中還沒(méi)有推廣,我相信未來(lái)會(huì)在大學(xué)生中流行。”Chris Balough預(yù)測(cè)道。
大家對(duì)于未來(lái)ARM與英特爾的關(guān)系表示很擔(dān)憂,未來(lái)Altera是否能繼續(xù)支持ARM?他解釋道,英特爾承諾花了巨額收購(gòu)Altera之后,將會(huì)持續(xù)支持Altera的產(chǎn)品路線圖,這其中包括對(duì)ARM內(nèi)核的支持。雖然英特爾提示過(guò)要開(kāi)發(fā)至強(qiáng)處理器+FPGA的芯片,還要開(kāi)發(fā)相關(guān)的SoC單芯片。但是,Altera選擇ARM是因?yàn)榭蛻舻倪x擇。“我們?cè)诩磳l(fā)布的StraTIx 10上還會(huì)選擇ARM Cortex A53的內(nèi)核,這些都是因?yàn)榭蛻舻男枨?,Altera會(huì)推動(dòng)64位v8架構(gòu)的ARM內(nèi)核+FPGA的采用。”他表示。
隨著蘋(píng)果、三星、華為等頂級(jí)的OEM廠商自己設(shè)計(jì)手機(jī)芯片,通用ASSP產(chǎn)品的市場(chǎng)份額會(huì)減小,這也是之前TI的巨大成功的OMAP產(chǎn)品,瞬間就消失的原因。所以,隨著半導(dǎo)體工藝的不斷提升,芯片設(shè)計(jì)投入巨大,ASSP與ASIC需要巨大的出貨量才能支持,而現(xiàn)在這樣巨大出貨量的市場(chǎng)越來(lái)越少。
當(dāng)然,我們看見(jiàn)除了手機(jī)以外的更多新興的消費(fèi)電子市場(chǎng)正在采納FPGA SoC方案,比如目前火熱的無(wú)人機(jī),“中國(guó)一家著名的無(wú)人機(jī)公司正在采用我們的FPGA SoC方案替代ASSP方案。”ChrisBalough透露道。此外,包括前面提到的奧迪汽車(chē)的自動(dòng)駕駛系統(tǒng)中也采用了FPGA SoC替代ASSP。“還有一些中國(guó)的客戶,他們?cè)谟肍PGA設(shè)計(jì)比特幣挖掘機(jī)。”
這次開(kāi)發(fā)者大會(huì)邀請(qǐng)了400-500家合作伙伴參加,這也是Altera第一次著力打造FPGA SoC 生態(tài)鏈。
SoC FPGA將會(huì)是對(duì)現(xiàn)有FPGA世界的一次顛覆,將會(huì)改變客戶的決策,對(duì)于工程師也是一次大的挑戰(zhàn),我們會(huì)打造從硬件到軟件的生態(tài)鏈,全力幫助客戶迎接這個(gè)巨大變革時(shí)刻的來(lái)臨。” 他最后說(shuō)道。
采用FPGA的高速電動(dòng)車(chē)馬達(dá)
在ASDF大會(huì)上,Altera展示了很多基于Cyclone V SoC的應(yīng)用,這個(gè)能夠多軸運(yùn)動(dòng)及精準(zhǔn)定位的應(yīng)用給觀眾留下深刻印象。
圖:正在被很多電動(dòng)汽車(chē)廠商采用的基于Cyclone V SoC的高速馬達(dá)方案
以上這個(gè)圖是正在被很多電動(dòng)汽車(chē)廠商準(zhǔn)備采用的馬達(dá)控制方案。為什么會(huì)采用Cyclone VSoC替代傳統(tǒng)的MCU或者DSP呢?展臺(tái)負(fù)責(zé)人解釋?zhuān)篎PGA控制可以實(shí)現(xiàn)非常高的性能。比如說(shuō)通常的DSP與MCU只能做到8K或者16K轉(zhuǎn)速,F(xiàn)PGA可以做到200K-300K。這個(gè)正好滿足了目前很多電動(dòng)汽車(chē)的需求,原因有三個(gè):一個(gè)是電動(dòng)汽車(chē)中一些IGBT器件轉(zhuǎn)向碳化硅,碳化硅對(duì)于速度的要求非常高,甚至?xí)_(dá)到200K以上,cyclcone V SoC正好滿足了這個(gè)需求;第二是由電動(dòng)汽車(chē)由單軸轉(zhuǎn)向多軸,并且需要多軸聯(lián)動(dòng),所以傳統(tǒng)的MCU與DSP已不能滿足要求,需要FPGA來(lái)完成;此外,驅(qū)供一體的方案,也有這樣的需求。最后,由于FPGA方案效率非常高,又滿足了各國(guó)綠色能源的要求。
“現(xiàn)在客戶對(duì)于器件成本雖然還是敏感,但是隨著品牌客戶向中高端走,他們也要提供差異化的功能,F(xiàn)PGA解決方案迎合了他們的需求。” 他分析道。
FPGA SoC支持精準(zhǔn)定位與多軸運(yùn)動(dòng)機(jī)械手
圖:這個(gè)是基于cyclcone V SoC的工業(yè)機(jī)械手,支持多軸,可以十分精準(zhǔn)地定位。
這個(gè)是基于cyclcone VSoC的工業(yè)機(jī)械手,支持多軸,可以十分精準(zhǔn)地定位。它支持工業(yè)以太網(wǎng),用了一個(gè)中國(guó)跳棋來(lái)做Demo,演示了其精準(zhǔn)的定位,特別是那個(gè)一個(gè)夾爪的設(shè)計(jì)很意思,既可以抓凹槽的部分,也可以抓取突出的部分,顯示了它的十分精準(zhǔn)的定位。此外,它的圓弧運(yùn)動(dòng)與加減速運(yùn)動(dòng)都十分精準(zhǔn)。目前有些客戶基于cyclcone VSoC的方案在開(kāi)發(fā)機(jī)械手的產(chǎn)品。
精細(xì)顆粒異構(gòu)計(jì)算用于手勢(shì)控制
圖:這個(gè)基于cyclcone V SoC的精細(xì)顆粒異構(gòu)計(jì)算模型,將來(lái)可以用于3D鼠標(biāo)、手勢(shì)控制等多個(gè)場(chǎng)景。
這個(gè)是基于cyclcone VSoC的精細(xì)顆粒異構(gòu)計(jì)算DEMO——圖形加速算法。SoC內(nèi)有cyclcone 與ARM Cortex A9雙核,通過(guò)FPGA+CPU可以實(shí)現(xiàn)任意的微調(diào),Altera稱(chēng)之為精細(xì)顆粒異構(gòu)計(jì)算,其中FPGA起到了顯卡加速的作用:把CPU中原來(lái)要處理的函數(shù)放到FPGA中來(lái)跑,也就是把原來(lái)軟件要做的事情,給FPGA來(lái)做,可以靈活地做微調(diào),按照客戶應(yīng)用的需求調(diào)到功耗最低,速度最快。這樣,客戶可以自己做二次開(kāi)發(fā)。這個(gè)DEMO的應(yīng)用場(chǎng)景包括3D鼠標(biāo)、手勢(shì)控制等。它采用OpneCL工具,同時(shí)可以編譯FPGA與CPU。