再添最強eASIC！Intel付得起xPU的巨額尾款嗎？

一波還未平息，一波再起，時隔一周，Intel繼續(xù)擴張其xPU陣營！

上回，筆者說道Intel正在利用xPU+oneAPI的超異構(gòu)計算的形式延續(xù)摩爾定律。所謂xPU即為CPU+GPU+FPGA+其他加速器的異構(gòu)計算，體現(xiàn)在數(shù)據(jù)中心的實際產(chǎn)品便是Xeon可擴展處理器+Xe獨立顯卡+AGILEX/STRATIX FPGA+SmartNIC加速器+ Movidius VPU。針對xPU此前Intel發(fā)布了獨立服務(wù)器GPU和oneAPI Gold。

實際上，Intel的FPGA遠不是“單槍匹馬作戰(zhàn)”的單一產(chǎn)品，Intel在FPGA上其實是依次從FPGA、eASIC過渡到ASIC的全套解決方案，Intel稱這種獨特的方案為“定制邏輯連續(xù)體”，僅在FPGA上便是一個“小生態(tài)”。

11月18日，IFTD2020上，Intel發(fā)布首款用于5G、人工智能、云端與邊緣的eASIC N5X（結(jié)構(gòu)化ASIC），同時發(fā)布了最新的Intel開放式FPGA堆棧（Intel OFS），21ic中國電子網(wǎng)記者受邀參加此次發(fā)布會。

eASIC究竟是什么

FPGA和ASIC一直以來是半導(dǎo)體行業(yè)爭論不休的話題，甚至也頻繁出現(xiàn)一者將完全替代另一者的傳言。事實上，兩者的存在并不存在任何沖突。

誠然，ASIC在計算性能、功耗、可靠性、體積和制造成本上擁有一定優(yōu)勢。但從底層來說，其內(nèi)核執(zhí)行外的任何算法都是凍結(jié)的，因此這就需要在流片上市之前進行頗為耗時的設(shè)計和測試，并且一旦流片算法和邏輯電路后都是無法修改的。所以ASIC設(shè)計通常是定制化，目的明確的。從側(cè)面來說，這就無形增加了前期的投入成本，即一次性工程費用（NRE）高，并且由于流片后無法修改所以不具備靈活性。

正因如此種種束縛，F(xiàn)PGA應(yīng)運而生，可重復(fù)編程性加速了產(chǎn)品的上市時間，也因其自身的靈活性和適應(yīng)性擁有了一席之地。不過FPGA相對ASIC來說，是利用數(shù)百萬個邏輯單元換取這種便利性的，相比來說價格很容易昂貴。但并不能因此就絕對說FPGA比ASIC貴，ASIC的一次性工程費用貴，流片量如果太小絕對是成本更高的。

所以在現(xiàn)階段，F(xiàn)PGA和ASIC是“分工明確”的，可編程FPGA主要針對實施與加速要求最苛刻的算法階段，直到算法已經(jīng)非常成熟、并且最終確立下來之后，ASIC便可大面積實施在硬件之中。

既然明白FPGA和ASIC的定位，那么這個eASIC究竟是什么？eASIC又名為結(jié)構(gòu)化ASIC，簡言之eASIC就是FPGA和ASIC的中間體，不過名字既然都只是ASIC加了e，相比來說還是更靠近ASIC的。

eASIC與ASIC最大的不同之處就在于在客戶購買定制芯片后，還能夠通過重新編程將芯片不同部分重新連接從而完成新的任務(wù)?？蛻艨梢允褂肍PGA創(chuàng)建設(shè)計將固定布局烘焙到單個設(shè)計掩模中，最終eASIC也將不再可編程，從而獲得近似ASIC的功耗性能。市場中還存在eFPGA這種產(chǎn)品，當然在使用上則會更靠近FPGA，主要是將ASIC進行片上連接，此處不進行詳細講解。

業(yè)界最強大的eASIC

縱覽Intel的eASIC之路，此前包括eASIC N2X/N3X/N3XS幾種產(chǎn)品。而本次發(fā)布的eASIC N5X可謂是“天之驕子”，凝結(jié)了多項intel的創(chuàng)新成果，不負眾望地成為了業(yè)界最強大的eASIC。這款產(chǎn)品繼承了Agilex FPGA的硬核處理器系統(tǒng)、安全特性，支持Agilex FPGA用于管理啟動、身份驗證和防篡改特性的安全設(shè)備管理器，采用了Diamond Mesa SoC技術(shù)。

從參數(shù)來看，eASIC N5X使用了16nm制程，擁有8千萬個ASIC門，擁有225Mb雙端口存儲器，32Gbps收發(fā)器，包含一個四核Arm Cortex-A53硬處理器。

從性能來看，eASIC N5X相比AgilexFPGA核心功耗降低了50%，不僅有效減小了散熱，還支持客戶在同樣散熱范圍內(nèi)提升性能；相比ASIC，eASIC N5X又擁有更低的總體擁有成本，因為這款產(chǎn)品可以加快產(chǎn)品上市速度并顯著降低一次性工程費用。

這意味著什么？要知道，Agilex FPGA系列可是intel的“心頭肉”，eASIC N5X的功耗就這么輕松超越了。Agilex FPGA是第二代使用異構(gòu)FPGA chiplet架構(gòu)的產(chǎn)品，這是一種將多種制程技術(shù)、功能甚至供應(yīng)商集成到一種封裝的技術(shù)。Agilex FPGA不僅采用了10nm SuperFin技術(shù)和改進的FPGA Hyperflex 架構(gòu)，性能提升了高達 40%，功耗降低了高達 40%。其余的，兩倍的數(shù)據(jù)速率，支持PCI Express Gen 5和CXL都能說明Intel對這款FPGA的厚望。

在設(shè)計方面，上文也有提及eASIC實際可以直接使用FPGA設(shè)計軟件進行設(shè)計。Intel這方面的軟件則是Quartus Prime，這款軟件提供了功耗優(yōu)化工具，并通過全面的設(shè)計套件幫助輕松提升工作負載性能。

除此之外，F(xiàn)PGA本身的RTL或硬件語言在入門難度上非常高，開發(fā)者也可在oneAPI一體化平臺上簡化CPU、GPU和 FPGA 的跨架構(gòu)開發(fā)工作。oneAPI 支持使用Intel VTune Amplifier、Intel Advisor等工具進行軟件開發(fā)。之前筆者也曾介紹過oneAPI，其Gold版本將在今年12月正式交付。

FPGA、eASIC、ASIC怎么抉擇？

Intel對于eASIC的定位是，比FPGA的單位成本更低、功耗更低，比標準單元ASIC的上市速度更快、一次性工程 (NRE) 費用更低。eASIC與ASIC都是定制類型的芯片，針對不同的應(yīng)用場景，各有所長。當把FPGA可重復(fù)編程的功能去掉，可以獲得更小的晶片尺寸，來實現(xiàn)低功耗和更低的成本。

FPGA、eASIC、ASIC的一個連續(xù)生命周期的產(chǎn)品組合又稱為“定制邏輯連續(xù)體”，對于三種產(chǎn)品的定位分別是：FPGA擁有最快的上市速度和最高的靈活性；eASIC擁有出色的性價比，優(yōu)化上市時間；ASIC擁有最高的性能和最低的功耗和成本。

對于不需FPGA可重復(fù)編程這種靈活性功能的客戶來說，eASIC和ASIC都可以供客戶選擇。eASIC不會是低功耗或低成本的最佳選擇，但它能幫客戶實現(xiàn)從eASIC到ASIC的快速實現(xiàn)。FPGA、 eASIC和ASIC各有所長，客戶可根據(jù)需求，如可重復(fù)編程、低功耗或低成本等功能來選擇不同的產(chǎn)品。

實際上，eASIC早在2006年就已被名字同為eASIC的公司推出，intel至少在2015年就開始使用eASIC定制Xeon。直到2018年7月，Intel宣布收購小型芯片廠商eASIC，完善了FPGA到ASIC的過渡。

Intel的FPGA開發(fā)也開源了

在發(fā)布eASIC的同時，Intel也交付了第二代FPGA平臺軟件，這不僅讓eAISC/FPGA開發(fā)速度更快，也讓方便了軟件、硬件和應(yīng)用開發(fā)人員進行開發(fā)。這就是在本次最新發(fā)布的Intel開放式FPGA開發(fā)堆棧（下文簡稱“Intel OFS”）。

Intel OFS提供標準接口和API，并擁有可擴展的硬件和可訪問的git源代碼庫的軟件框架。主板開發(fā)人員、原始設(shè)計制造商和客戶都可利用標準接口的統(tǒng)一基礎(chǔ)設(shè)施開始FPGA硬件開發(fā)。應(yīng)用開發(fā)人員可以通過基于Intel OFS的不同平臺之間更強大的可移植性實現(xiàn)更高的開發(fā)回報。由于可以使用英特爾的開源和上游代碼，領(lǐng)先的開源軟件廠商不僅能根據(jù)現(xiàn)有的或新的結(jié)合提供CPU和GPU拓展支持，還能提供FPGA拓展支持，從而滿足客戶需求。

在上次發(fā)布的Xe獨立顯卡上，Intel優(yōu)化了在Linux上的開發(fā)，實際上也是為了方便開源軟件的開發(fā)。OFS亦如此，為Linux內(nèi)核提供定制化的軟硬件基礎(chǔ)設(shè)施，解決了軟硬件及應(yīng)用開發(fā)人員面臨的許多痛點，包括開發(fā)FPGA設(shè)計（“拿來與定制”）所需的模塊化、可組合代碼，以及開源上游代碼，從而讓開源分銷商能夠為第三方和專有Intel OFS平臺提供本地支持。

Intel買得起異構(gòu)計算的單嗎？

行業(yè)著名芯片工程師、研究者曾表示，xPU的異構(gòu)計算在布局之中時，面臨“生態(tài)”這一課題，往往是10億美元量級的尾款。面臨這個問題的不僅是Intel也包括其他CPU、GPU、FPGA廠商。面對如此巨量的投入，Intel是否會有壓力？

事實上，從五年前開始，intel就早已反復(fù)強調(diào)轉(zhuǎn)型為以數(shù)據(jù)為中心的企業(yè)，并早已加大了這方面的投入和布局。目前，通過Intel推出的新產(chǎn)品來看，圍繞數(shù)據(jù)為中心的便是六大技術(shù)支柱，體現(xiàn)在實際產(chǎn)品中便是xPU+oneAPI的軟硬件生態(tài)超異構(gòu)計算。

從財報上來看，2017財年Intel的總營收為628億美元，2019財年intel總營收為710億美元，實現(xiàn)了82億美元的營收增長。特別是在2019財年Q3數(shù)據(jù)中心的營收業(yè)務(wù)首次與PC業(yè)務(wù)營收達到了持平，僅一季度就實現(xiàn)了95億美元的營收。

反觀Intel在2020年Q1-Q3的財報，數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)基本上能夠與與PC業(yè)務(wù)“五五開”。展望2020年全年，有望營收753億美元，同比增長5%。

從Q1-Q3，Intel出貨了第三代Xeon可擴展處理器、第二代傲騰持久內(nèi)存、TLC 3D NAND固態(tài)盤、Stratix 10 NX FPGA、銳炬Xe MAX獨立顯卡……還在近期發(fā)布了Xe獨立顯卡架構(gòu)、eASIC N5X……

體現(xiàn)在財報上的總收入這一數(shù)字，是扣除了研發(fā)和其他花費的資金的，Intel這家公司在研發(fā)中的投入可以說是有目共睹，占比極大。所以在連續(xù)不斷的xPU產(chǎn)線研發(fā)和發(fā)布新產(chǎn)品之中，仍然保持營收，說明intel至少目前是支撐的住異構(gòu)計算這種巨額費用的。

另外，要拿下異構(gòu)計算這座大山的確需要非常大的投入資金，但正因為intel是從五年前便已開始布下這個局，10億美元量級的尾款其實早就化整為零了，用一個比喻形容，就是分期付款。

再反觀整個行業(yè)，Intel是目前在異構(gòu)計算上擁有最全產(chǎn)品線的，在硬件上擁有CPU、獨立GPU、FPGA、eASIC、ASIC、VPU、內(nèi)存和存儲等，在軟件上擁有統(tǒng)一開發(fā)平臺oneAPI。可以說intel是最接近超異構(gòu)計算的，假若這位巨頭都消化不下10億量級的尾款，試問還有哪家企業(yè)能挑起異構(gòu)計算的重擔？

不過，的確異構(gòu)計算投入大、周期長，這不僅僅是Intel這一家企業(yè)的事，而是整個產(chǎn)業(yè)鏈所要考慮的事情。近兩年，Intel積極合作，在國內(nèi)市場也一直非?！白咝摹薄ntel曾明確表示，在中國，發(fā)展產(chǎn)業(yè)生態(tài)最重要的一點，是要真正扎根于本土的市場特點和用戶需求。

在異構(gòu)計算和生態(tài)建設(shè)上，Intel的產(chǎn)線越來越豐富，更多異構(gòu)計算生態(tài)產(chǎn)品值得期待。