FPGA+CPU將會是未來基于大數(shù)據(jù)的人工智能的主要架構(gòu)
[導(dǎo)讀]Cool！奧迪的量產(chǎn)車從硅谷到拉斯維加斯實現(xiàn)了近900公里環(huán)路的自動駕駛。這是前幾天Altera在其深圳的FPGA SoC開發(fā)者大會（ASDF）宣布的，它采用該公司的SoC FPGA實現(xiàn)了各種傳感器的
Cool！奧迪的量產(chǎn)車從硅谷到拉斯維加斯實現(xiàn)了近900公里環(huán)路的自動駕駛。這是前幾天Altera在其深圳的FPGA SoC開發(fā)者大會（ASDF）宣布的，它采用該公司的SoC FPGA實現(xiàn)了各種傳感器的數(shù)據(jù)融合（sensor Fusion），從而實現(xiàn)自動駕駛。
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，再過幾年，這些芯片植入各種消費電子中將會無處不在，F(xiàn)PGA會真正從小眾市場走向大眾市場，這樣看來英特爾167億美元的收購物有所值，更不用說將來在核心的云端大市場所擁有的絕對優(yōu)勢。
盡管英特爾收購Altera的案子還在等中國與韓國政府的批準(zhǔn)（美國與歐洲都已通過），也許還需要再等1-3個月，但是FPGA+CPU這種異構(gòu)架構(gòu)正在遍地開花，特別是一些需要智能視覺分析、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將會是未來基于大數(shù)據(jù)的終端的主要架構(gòu)，改變整個處理器產(chǎn)業(yè)格局。
在深圳ASDF大會上，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一些精彩的案例，并且專訪了Altera美國專家——嵌入式處理營銷資深總監(jiān)Chris Balough，他的犀利的觀點：“未來用戶不會關(guān)心SoC中采用了什么技術(shù)，而只是關(guān)注這個SoC的性能。就像現(xiàn)在大家不會再關(guān)注CPU中采用了什么內(nèi)存技術(shù)一樣，就說它是一個CPU。”也許，不用十年，F(xiàn)PGA這個獨立的細(xì)分市場就會消失掉，Altera已被英特爾收購，而Xilinx等也會找到他們鐘情的合作伙伴。
圖：奧迪的量產(chǎn)車從硅谷到拉斯維加斯實現(xiàn)了近900公里環(huán)路的自動駕駛，采用了Altera的FPGA SoC
在ASDF大會上，嵌入式處理營銷資深總監(jiān)ChrisBalough 展示了Altera未來的路線圖：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將會針對量大的消費電子市場，仍然采用TSMC的工藝制程。“Cedar產(chǎn)品繼續(xù)采用TSMC制程，我們會保持與TSMC的長久關(guān)系。”他說道。如下圖
圖：Altera未來的高中低端路線圖，已涉及到采用英特爾的10nm工藝。
高端產(chǎn)品特征是單個Die中可以達到1000萬個邏輯單元，這是基于英特爾的特殊工藝才能實現(xiàn)的，將來針對大數(shù)據(jù)云端的應(yīng)用包括路由器等，具有超強的性能與低功耗特征。并且，Altera有信心可以實現(xiàn)大Die的高良率。
大家最感興趣的是將來針對大批量市場的中低端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，讓更多產(chǎn)品使用64位v8處理器的架構(gòu)。”他說道。
“ 未來用戶不會關(guān)心SoC中采用了什么技術(shù)，而只是關(guān)注這個SoC的性能。就像現(xiàn)在大家不會再關(guān)注CPU中采用了什么內(nèi)存技術(shù)一樣，就說它是一個CPU。” 不過，未來那些大型的FPGA會繼續(xù)存在。但是，所有這些包括超大邏輯單元FPGA與FPGA SOC，都會遵循統(tǒng)一的開發(fā)工具，它們會用一個統(tǒng)一的開發(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)本科課程中還沒有推廣，我相信未來會在大學(xué)生中流行。”Chris Balough預(yù)測道。
大家對于未來ARM與英特爾的關(guān)系表示很擔(dān)憂，未來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Altera之后，將會持續(xù)支持Altera的產(chǎn)品路線圖，這其中包括對ARM內(nèi)核的支持。雖然英特爾提示過要開發(fā)至強處理器+FPGA的芯片，還要開發(fā)相關(guān)的SoC單芯片。但是，Altera選擇ARM是因為客戶的選擇。“我們在即將發(fā)布的StraTIx 10上還會選擇ARM Cortex A53的內(nèi)核，這些都是因為客戶的需求，Altera會推動64位v8架構(gòu)的ARM內(nèi)核+FPGA的采用。”他表示。
隨著蘋果、三星、華為等頂級的OEM廠商自己設(shè)計手機芯片，通用ASSP產(chǎn)品的市場份額會減小，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越來越少。
當(dāng)然，我們看見除了手機以外的更多新興的消費電子市場正在采納FPGA SoC方案，比如目前火熱的無人機，“中國一家著名的無人機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的自動駕駛系統(tǒng)中也采用了FPGA SoC替代ASSP。“還有一些中國的客戶，他們在用FPGA設(shè)計比特幣挖掘機。”
這次開發(fā)者大會邀請了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將會是對現(xiàn)有FPGA世界的一次顛覆，將會改變客戶的決策，對于工程師也是一次大的挑戰(zhàn)，我們會打造從硬件到軟件的生態(tài)鏈，全力幫助客戶迎接這個巨大變革時刻的來臨。” 他最后說道。
采用FPGA的高速電動車馬達
在ASDF大會上，Altera展示了很多基于Cyclone V SoC的應(yīng)用，這個能夠多軸運動及精準(zhǔn)定位的應(yīng)用給觀眾留下深刻印象。
圖：正在被很多電動汽車廠商采用的基于Cyclone V SoC的高速馬達方案
以上這個圖是正在被很多電動汽車廠商準(zhǔn)備采用的馬達控制方案。為什么會采用Cyclone VSoC替代傳統(tǒng)的MCU或者DSP呢？展臺負(fù)責(zé)人解釋：FPGA控制可以實現(xiàn)非常高的性能。比如說通常的DSP與MCU只能做到8K或者16K轉(zhuǎn)速，F(xiàn)PGA可以做到200K-300K。這個正好滿足了目前很多電動汽車的需求，原因有三個：一個是電動汽車中一些IGBT器件轉(zhuǎn)向碳化硅，碳化硅對于速度的要求非常高，甚至?xí)_到200K以上，cyclcone V SoC正好滿足了這個需求；第二是由電動汽車由單軸轉(zhuǎn)向多軸，并且需要多軸聯(lián)動，所以傳統(tǒng)的MCU與DSP已不能滿足要求，需要FPGA來完成；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，又滿足了各國綠色能源的要求。
“現(xiàn)在客戶對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)定位與多軸運動機械手
圖：這個是基于cyclcone V SoC的工業(yè)機械手，支持多軸，可以十分精準(zhǔn)地定位。
這個是基于cyclcone VSoC的工業(yè)機械手，支持多軸，可以十分精準(zhǔn)地定位。它支持工業(yè)以太網(wǎng)，用了一個中國跳棋來做Demo，演示了其精準(zhǔn)的定位，特別是那個一個夾爪的設(shè)計很意思，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，它的圓弧運動與加減速運動都十分精準(zhǔn)。目前有些客戶基于cyclcone VSoC的方案在開發(fā)機械手的產(chǎn)品。
精細(xì)顆粒異構(gòu)計算用于手勢控制
圖：這個基于cyclcone V SoC的精細(xì)顆粒異構(gòu)計算模型，將來可以用于3D鼠標(biāo)、手勢控制等多個場景。
這個是基于cyclcone VSoC的精細(xì)顆粒異構(gòu)計算DEMO——圖形加速算法。SoC內(nèi)有cyclcone 與ARM Cortex A9雙核，通過FPGA+CPU可以實現(xiàn)任意的微調(diào)，Altera稱之為精細(xì)顆粒異構(gòu)計算，其中FPGA起到了顯卡加速的作用：把CPU中原來要處理的函數(shù)放到FPGA中來跑，也就是把原來軟件要做的事情，給FPGA來做，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發(fā)。這個DEMO的應(yīng)用場景包括3D鼠標(biāo)、手勢控制等。它采用OpneCL工具，同時可以編譯FPGA與CPU。
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，再過幾年，這些芯片植入各種消費電子中將會無處不在，F(xiàn)PGA會真正從小眾市場走向大眾市場，這樣看來英特爾167億美元的收購物有所值，更不用說將來在核心的云端大市場所擁有的絕對優(yōu)勢。
盡管英特爾收購Altera的案子還在等中國與韓國政府的批準(zhǔn)（美國與歐洲都已通過），也許還需要再等1-3個月，但是FPGA+CPU這種異構(gòu)架構(gòu)正在遍地開花，特別是一些需要智能視覺分析、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將會是未來基于大數(shù)據(jù)的終端的主要架構(gòu)，改變整個處理器產(chǎn)業(yè)格局。
在深圳ASDF大會上，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一些精彩的案例，并且專訪了Altera美國專家——嵌入式處理營銷資深總監(jiān)Chris Balough，他的犀利的觀點：“未來用戶不會關(guān)心SoC中采用了什么技術(shù)，而只是關(guān)注這個SoC的性能。就像現(xiàn)在大家不會再關(guān)注CPU中采用了什么內(nèi)存技術(shù)一樣，就說它是一個CPU。”也許，不用十年，F(xiàn)PGA這個獨立的細(xì)分市場就會消失掉，Altera已被英特爾收購，而Xilinx等也會找到他們鐘情的合作伙伴。
圖：奧迪的量產(chǎn)車從硅谷到拉斯維加斯實現(xiàn)了近900公里環(huán)路的自動駕駛，采用了Altera的FPGA SoC
在ASDF大會上，嵌入式處理營銷資深總監(jiān)ChrisBalough 展示了Altera未來的路線圖：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將會針對量大的消費電子市場，仍然采用TSMC的工藝制程。“Cedar產(chǎn)品繼續(xù)采用TSMC制程，我們會保持與TSMC的長久關(guān)系。”他說道。如下圖
圖：Altera未來的高中低端路線圖，已涉及到采用英特爾的10nm工藝。
高端產(chǎn)品特征是單個Die中可以達到1000萬個邏輯單元，這是基于英特爾的特殊工藝才能實現(xiàn)的，將來針對大數(shù)據(jù)云端的應(yīng)用包括路由器等，具有超強的性能與低功耗特征。并且，Altera有信心可以實現(xiàn)大Die的高良率。
大家最感興趣的是將來針對大批量市場的中低端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，讓更多產(chǎn)品使用64位v8處理器的架構(gòu)。”他說道。
“ 未來用戶不會關(guān)心SoC中采用了什么技術(shù)，而只是關(guān)注這個SoC的性能。就像現(xiàn)在大家不會再關(guān)注CPU中采用了什么內(nèi)存技術(shù)一樣，就說它是一個CPU。” 不過，未來那些大型的FPGA會繼續(xù)存在。但是，所有這些包括超大邏輯單元FPGA與FPGA SOC，都會遵循統(tǒng)一的開發(fā)工具，它們會用一個統(tǒng)一的開發(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)本科課程中還沒有推廣，我相信未來會在大學(xué)生中流行。”Chris Balough預(yù)測道。
大家對于未來ARM與英特爾的關(guān)系表示很擔(dān)憂，未來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Altera之后，將會持續(xù)支持Altera的產(chǎn)品路線圖，這其中包括對ARM內(nèi)核的支持。雖然英特爾提示過要開發(fā)至強處理器+FPGA的芯片，還要開發(fā)相關(guān)的SoC單芯片。但是，Altera選擇ARM是因為客戶的選擇。“我們在即將發(fā)布的StraTIx 10上還會選擇ARM Cortex A53的內(nèi)核，這些都是因為客戶的需求，Altera會推動64位v8架構(gòu)的ARM內(nèi)核+FPGA的采用。”他表示。
隨著蘋果、三星、華為等頂級的OEM廠商自己設(shè)計手機芯片，通用ASSP產(chǎn)品的市場份額會減小，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越來越少。
當(dāng)然，我們看見除了手機以外的更多新興的消費電子市場正在采納FPGA SoC方案，比如目前火熱的無人機，“中國一家著名的無人機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的自動駕駛系統(tǒng)中也采用了FPGA SoC替代ASSP。“還有一些中國的客戶，他們在用FPGA設(shè)計比特幣挖掘機。”
這次開發(fā)者大會邀請了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將會是對現(xiàn)有FPGA世界的一次顛覆，將會改變客戶的決策，對于工程師也是一次大的挑戰(zhàn)，我們會打造從硬件到軟件的生態(tài)鏈，全力幫助客戶迎接這個巨大變革時刻的來臨。” 他最后說道。
采用FPGA的高速電動車馬達
在ASDF大會上，Altera展示了很多基于Cyclone V SoC的應(yīng)用，這個能夠多軸運動及精準(zhǔn)定位的應(yīng)用給觀眾留下深刻印象。
圖：正在被很多電動汽車廠商采用的基于Cyclone V SoC的高速馬達方案
以上這個圖是正在被很多電動汽車廠商準(zhǔn)備采用的馬達控制方案。為什么會采用Cyclone VSoC替代傳統(tǒng)的MCU或者DSP呢？展臺負(fù)責(zé)人解釋：FPGA控制可以實現(xiàn)非常高的性能。比如說通常的DSP與MCU只能做到8K或者16K轉(zhuǎn)速，F(xiàn)PGA可以做到200K-300K。這個正好滿足了目前很多電動汽車的需求，原因有三個：一個是電動汽車中一些IGBT器件轉(zhuǎn)向碳化硅，碳化硅對于速度的要求非常高，甚至?xí)_到200K以上，cyclcone V SoC正好滿足了這個需求；第二是由電動汽車由單軸轉(zhuǎn)向多軸，并且需要多軸聯(lián)動，所以傳統(tǒng)的MCU與DSP已不能滿足要求，需要FPGA來完成；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，又滿足了各國綠色能源的要求。
“現(xiàn)在客戶對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)定位與多軸運動機械手
圖：這個是基于cyclcone V SoC的工業(yè)機械手，支持多軸，可以十分精準(zhǔn)地定位。
這個是基于cyclcone VSoC的工業(yè)機械手，支持多軸，可以十分精準(zhǔn)地定位。它支持工業(yè)以太網(wǎng)，用了一個中國跳棋來做Demo，演示了其精準(zhǔn)的定位，特別是那個一個夾爪的設(shè)計很意思，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，它的圓弧運動與加減速運動都十分精準(zhǔn)。目前有些客戶基于cyclcone VSoC的方案在開發(fā)機械手的產(chǎn)品。
精細(xì)顆粒異構(gòu)計算用于手勢控制
圖：這個基于cyclcone V SoC的精細(xì)顆粒異構(gòu)計算模型，將來可以用于3D鼠標(biāo)、手勢控制等多個場景。
這個是基于cyclcone VSoC的精細(xì)顆粒異構(gòu)計算DEMO——圖形加速算法。SoC內(nèi)有cyclcone 與ARM Cortex A9雙核，通過FPGA+CPU可以實現(xiàn)任意的微調(diào)，Altera稱之為精細(xì)顆粒異構(gòu)計算，其中FPGA起到了顯卡加速的作用：把CPU中原來要處理的函數(shù)放到FPGA中來跑，也就是把原來軟件要做的事情，給FPGA來做，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發(fā)。這個DEMO的應(yīng)用場景包括3D鼠標(biāo)、手勢控制等。它采用OpneCL工具，同時可以編譯FPGA與CPU。
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