英特爾發(fā)布全球最大容量FPGA，問題來了：FPGA和ASIC孰優(yōu)孰劣？

2019年11月6日，英特爾在FPGA技術(shù)日活動（IFTD 19）中發(fā)布了全球最大容量FPGA--Stratix® 10 GX 10M FPGA，這款產(chǎn)品是目前世界上密度最高（計(jì)算能力）的FPGA，據(jù)了解，這款產(chǎn)品目前已量產(chǎn)。21ic中國電子網(wǎng)記者受邀參加此產(chǎn)品的發(fā)布，英特爾公司網(wǎng)絡(luò)與自定義邏輯事業(yè)部副總裁兼FPGA電源產(chǎn)品營銷總經(jīng)理Patrick Dorsey現(xiàn)場解答記者相關(guān)問題。

數(shù)據(jù)顯示，2018年中國的總數(shù)據(jù)量就已擁有7.6 ZB，至2025年中國的總數(shù)據(jù)量將躍升至48.6 ZB，全球總數(shù)據(jù)量達(dá)到125 ZB，可以說到2020年每天就有1.5 GB的數(shù)據(jù)量生成。此前，英特爾也曾宣布過以數(shù)據(jù)為中心瞄準(zhǔn)規(guī)模達(dá)3000億元甚至更大潛在市場，特別是FPGA領(lǐng)域。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，至2022年FPGA市場規(guī)模將達(dá)到75億美元，年復(fù)合增長率為9%，據(jù)預(yù)測中國市場將會是FPGA增速最快的。

究其緣由，一方面5G、6G的應(yīng)用市場的增長是從數(shù)據(jù)中心端一直到邊緣端的網(wǎng)絡(luò)加速，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)更快速的傳輸，需要技術(shù)的優(yōu)化和創(chuàng)新正因FPGA擁有強(qiáng)大的靈活性，因此可賦能技術(shù)創(chuàng)新加速；另外一個(gè)方面是AI的應(yīng)用市場，預(yù)計(jì)到2022年AI市場規(guī)模將會擁有200億美金，而 FPGA甚至可以占到其中的5%-10%；再一個(gè)方面是智慧城市與智慧工廠需要大量視頻分析處理工作。

迄今為止最大容量的FPGA：FPGA與ASIC孰優(yōu)孰劣？

在技術(shù)參數(shù)上，Stratix® 10 GX 10M FPGA擁有1020萬個(gè)邏輯單元，433億顆晶體管。Patrick表示，與Stratix® 10 GX 2800 FPGA相比（原密度最高設(shè)備），密度是后者3.7倍，IO連接是其2倍，同等容量下功耗降低40%。

圖1：Stratix® 10 GX 10M FPGA具體參數(shù)指標(biāo)

能夠?qū)崿F(xiàn)如此飛躍的突破主要得益于英特爾的EMIB CHIPLET（嵌入式多芯片互連橋接）封裝技術(shù)實(shí)現(xiàn)多顆晶片單個(gè)封裝，同時(shí)實(shí)現(xiàn)快速的新品上市。值得一提的是，這款新品是第一款使用EMIB技術(shù)并在邏輯和電氣上將兩個(gè)FPGA邏輯晶片結(jié)合到一起的英特爾FPGA。

圖2：全球最大容量FPGA得益于EMIB技術(shù)

在創(chuàng)新應(yīng)用上，這款產(chǎn)品主要應(yīng)用于下一代5G、AI、網(wǎng)絡(luò)ASIC驗(yàn)證，賦能ASIC原型設(shè)計(jì)與仿真。這款產(chǎn)品在具有FPGA 自身獨(dú)特的可擴(kuò)展性、靈活性和效率，并且值得一提的是既然在性能方面如此出眾，與ASIC相比究竟孰優(yōu)孰劣？行業(yè)對于FPGA與ASIC的討論從未終止，固然二者擁有截然不同的特性，但也頻繁出現(xiàn)一者將完全另取代另一者的流言。

此前，在FPGA和ASIC競爭方面的問題，Silicom 丹麥總裁 Henrik Lilja明確表示，現(xiàn)階段，可編程 FPGA對于實(shí)施與加速要求最苛刻的算法至關(guān)重要，直到算法已經(jīng)非常成熟、并且最終確立下來之后，ASIC才可以用于實(shí)施這些硬件算法，特別是目前正在高速興起的5G與AIoT。換言之，其實(shí)FPGA與ASIC充當(dāng)?shù)?ldquo;角色”并不同，并且FPGA是最適合現(xiàn)在的選擇。

正如Henrik Lilja所言，這款性能極高、功耗極低的產(chǎn)品非常適合在算法未成熟的當(dāng)前行業(yè)形勢，作為ASIC的原型設(shè)計(jì)和仿真，F(xiàn)PGA 的可編程性和靈活性在市場內(nèi)具有顯著的競爭優(yōu)勢。

圖3：新產(chǎn)品賦能ASIC原型設(shè)計(jì)與仿真

具體而言，記者在現(xiàn)場采訪基于英特爾FPGA的地平線公司，現(xiàn)場人員告訴記者，該公司的自動駕駛感知系統(tǒng)，目前產(chǎn)品使用的是英特爾的FPGA芯片，在算法逐步完善的今后，也會改為ASIC芯片產(chǎn)品。

圖4：地平線展出基于英特爾FPGA相關(guān)產(chǎn)品

當(dāng)然，英特爾在ASIC方面也擁有其現(xiàn)有的產(chǎn)品，擁有可自定義邏輯的解決方案組合……

FPGA、eASIC、ASIC：跨越產(chǎn)品生命周期的靈活優(yōu)化

據(jù)了解，英特爾擁有從FPGA、eASIC到ASIC的全套解決方案，擁有跨越整個(gè)產(chǎn)品生命周期的靈活優(yōu)化。英特爾的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(jià)比，優(yōu)化上市時(shí)間；ASIC則擁有最高的性能和最低的功耗和成本。

圖5：英特爾的自定義邏輯解決方案組合

可能很多人對于eASIC還比較陌生，簡而言之結(jié)構(gòu)化ASIC（eASIC）是FPGA和ASIC之間的中間體。2018年7月，英特爾宣布收購小型芯片廠商eASIC，但從技術(shù)上講，英特爾自2015年以來一直在其定制Xeons中使用eASIC技術(shù)。

另外，在本次大會（IFDT 19）被英特爾納入麾下的eASIC也在FPGA技術(shù)大會首次亮相。作為英特爾完整定制邏輯產(chǎn)品線新晉的一員，eASIC比FPGA的單位成本更低、功耗更低，比標(biāo)準(zhǔn)單元ASIC的上市速度更快、一次性工程 (NRE) 費(fèi)用更低。

目前英特爾旗下?lián)碛卸嗫頴ASIC產(chǎn)品，包括eASIC N3XS、eASIC N3X/N2X和easicopy設(shè)備。其中，最新一代產(chǎn)品具備多達(dá)5200萬個(gè)等效ASIC門、124 Mb雙端口內(nèi)存以及數(shù)據(jù)速率高達(dá)28 Gbps的收發(fā)器，幫助客戶快速部署以邏輯、DSP或IO為主導(dǎo)的定制設(shè)備。

圖6：英特爾目前擁有多款eASIC產(chǎn)品

現(xiàn)場，Patrick為記者介紹表示，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(dāng)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(shí)現(xiàn)低功耗和更低的成本。

他說，“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(shí)現(xiàn)從eASIC到ASIC的快速實(shí)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。”

圖7：客戶可根據(jù)需求自由選擇相關(guān)產(chǎn)品

OneAPI與FPGA軟硬結(jié)合：構(gòu)建完善FPGA體系生態(tài)

隨著全球步入以數(shù)據(jù)為中心的時(shí)代，海量數(shù)據(jù)的多樣性所需要的計(jì)算能力各不相同，其中就包括至關(guān)重要的異構(gòu)計(jì)算。未來的計(jì)算模型，將是標(biāo)量、矢量、矩陣和空間架構(gòu)的組合，可以部署在CPU、GPU、AI、FPGA和其他多種不同的加速器上。

英特爾網(wǎng)絡(luò)自定義邏輯事業(yè)部副總裁兼可編程軟件工程設(shè)計(jì)總經(jīng)理Xue Hua指出，如何最大程度釋放硬件性能、簡化跨不同計(jì)算架構(gòu)的應(yīng)用程序開發(fā)工作，是擺在開發(fā)者和客戶眼前的主要難題。

具體來說，在編程方面擁有多重的挑戰(zhàn)：多種以數(shù)據(jù)為中心的硬件、缺少通用編程語言或API、不一致的跨平臺工具支持、每個(gè)平臺需要單獨(dú)的軟件投資。

圖8：oneAPI助力實(shí)現(xiàn)卓越跨架構(gòu)性能

Xue Hua進(jìn)一步闡述了英特爾oneAPI為此誕生的核心概念，“oneAPI旨在提供統(tǒng)一的編程模型，用于簡化不同構(gòu)架的開發(fā)工作。”在卓越原生高級語言性能和基于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和開放式規(guī)范的加持下，oneAPI為開發(fā)者帶來更高的生產(chǎn)效率和毫不妥協(xié)的性能。更為重要的是，得益于采用全新的DPC++語言，使得基于oneAPI的英特爾®FPGA開發(fā)和加速工作量變得更容易。

Patrick介紹表示，oneAPI由硬件開發(fā)人員事先做好硬件優(yōu)化的庫，通過提供高性能庫簡化了軟件開發(fā)人員的工作。還有一點(diǎn)要提到的是客戶在細(xì)節(jié)方面進(jìn)行深度定制化可能會得到比oneAPI更優(yōu)的結(jié)果，但oneAPI能提供更快的新品上市時(shí)間、更簡化開發(fā)過程，因此這是客戶需要權(quán)衡的一件事情。

另外，Patrick透露表示，oneAPI最先發(fā)布的將會是測試版，測試版將會展現(xiàn)oneAPI的多種功能，不會強(qiáng)調(diào)性能，接下來oneAPI投產(chǎn)時(shí)會進(jìn)一步優(yōu)化性能。隨著oneAPI的發(fā)布FPGA的使用率將大大增加。

總的來說，目前相對過去最大的挑戰(zhàn)在于FPGA的生態(tài)系統(tǒng)的建設(shè)上。Patrick表示，英特爾著重于更多FPGA平臺級的開發(fā)，建立更多軟件的堆棧，更多主板的開發(fā)的工作，努力想給FPGA創(chuàng)造一些新的市場機(jī)遇。

這需要FPGA有更多的能力來去適應(yīng)更多新應(yīng)用的場景，意味著需要和更多的系統(tǒng)集成商，增值服務(wù)的渠道商去合作，一起推動FPGA的發(fā)展。

具體而言，英特爾網(wǎng)絡(luò)和定制邏輯事業(yè)部副總裁兼FPGA和電源產(chǎn)品部門總經(jīng)理David Moore介紹表示，英特爾®FPGA擁有先進(jìn)的多功能加速器支持，自身出色的靈活性可助力客戶打造高度差異化產(chǎn)品。同時(shí)其卓越的硬件可編程性，能夠滿足不斷變化的市場要求和標(biāo)準(zhǔn)。而基于FPGA英特爾構(gòu)建了一整套完整的體系，包括IA+FPGA解決方案、合作伙伴和生態(tài)系統(tǒng)、軟件與IP，以及芯片和主板，覆蓋從邊緣計(jì)算到云端再到網(wǎng)絡(luò)等領(lǐng)域。

圖9：從端到云的量身定制的FPGA方案

此前，21ic中國電子網(wǎng)也曾介紹過英特爾面向未來的六大技術(shù)支柱包括：安全、軟件、互聯(lián)、內(nèi)存&存儲、架構(gòu)、制程&封裝。而在FPGA方面的建設(shè)，英特爾也將充分利用生態(tài)和IDM廠商的優(yōu)勢不斷推動合作，推動FPGA與ASIC的發(fā)展。

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