賽靈思與英特爾博弈剛開(kāi)始，解讀開(kāi)啟云2.0時(shí)代的FPGA

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當(dāng)下沒(méi)有比 AI 這個(gè)話題更火熱的了，憑借多年布局與卓越的 GPU 性能，英偉達(dá)成為 AI 芯片一哥，并以 AI 公司進(jìn)行自身定位。然而，眾多實(shí)力玩家對(duì)這個(gè)一哥位子垂涎欲滴。英偉達(dá)若想笑傲 AI 芯片江湖，先要把 FPGA、ASIC、TPU、類(lèi)腦芯片打敗才行。

在這幾大威脅中，F(xiàn)PGA 是最被熟知的，畢竟號(hào)稱(chēng)是“萬(wàn)能芯片”。透過(guò)以“All Programmable”定位的賽靈思進(jìn)行云計(jì)算、嵌入式視覺(jué)、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)以及 5G 無(wú)線全布局，就可以看到 FPGA 在多個(gè)市場(chǎng)的滲透，因其靈活性在多領(lǐng)域受寵。

近年來(lái)，F(xiàn)PGA 越來(lái)越多地用于內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)加速和搜索，圖像處理中的轉(zhuǎn)碼與分析等方面。

賽靈思與英特爾的博弈只是剛剛開(kāi)始
近日，百度正式在全新的公有云加速服務(wù)器中，采用賽靈思 FPGA 產(chǎn)品線包括 Kintex FPGA、工具和軟件。百度 FPGA 云端服務(wù)器是百度云的一項(xiàng)新服務(wù)，可為每位用戶(hù)提供一個(gè)獨(dú)享的 FPGA 加速平臺(tái)，每個(gè) FPGA 都是一款專(zhuān)用的加速平臺(tái)，而實(shí)例或用戶(hù)之間不會(huì)共享，包含深度學(xué)習(xí)加速、加解密等 FPGA 加速實(shí)例。

當(dāng)然百度并非首家，國(guó)內(nèi)首家被年初宣布推出 FPGA 云服務(wù)器的騰訊搶去了。不過(guò)，騰訊的合作伙伴不止賽靈思一家，還有收購(gòu) Altera 的英特爾。

其實(shí)云平臺(tái)上支持最新的 FPGA 異構(gòu)計(jì)算架構(gòu)仍處于起步期。去年 10 月，亞馬遜 AWS 推出 FPGA 云服務(wù) EC2 F1；微軟在 Ignite 技術(shù)大會(huì)上演示了 FPGA 加速機(jī)器翻譯，并已經(jīng)使用 FPGA 加速 Bing 搜索和 Azure 云。

FPGA 結(jié)合云計(jì)算形成新的 FPGA-as-a-Service 或者 Accelerator-as-a-Service 平臺(tái)，則可以整合多方資源解決上述問(wèn)題。平臺(tái)廠商與 FPGA 硬件廠商合作，在云端提供統(tǒng)一硬件平臺(tái)與中間價(jià)，可大大降低加速器的開(kāi)發(fā)與部署成本。加速器開(kāi)發(fā)商的加速器上傳到云，可以形成服務(wù)銷(xiāo)售給加速器用戶(hù)，消除加速技術(shù)與最終用戶(hù)的硬件壁壘。而加速器用戶(hù)則能夠在無(wú)需了解底層硬件的情況下，直接按需購(gòu)買(mǎi)和使用加速服務(wù)，較傳統(tǒng)方案更快更省地完成數(shù)據(jù)處理。

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業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，“FPGA+云”開(kāi)啟了云 2.0 時(shí)代，云計(jì)算未來(lái)競(jìng)爭(zhēng)焦點(diǎn)無(wú)疑是大數(shù)據(jù)和人工智能，這也將成為新時(shí)代云計(jì)算格局巨變的誘因。FPGA 云服務(wù)器可在芯片核心底層釋放人工智能潛力。

英特爾預(yù)測(cè)，到 2020 年，超過(guò)三分之一的云計(jì)算節(jié)點(diǎn)將部署 FPGA 加速器。而微軟為了加快人工智能的發(fā)展時(shí)程而大力支持 FPGA。據(jù)業(yè)內(nèi)人士分析，這也是英特爾以 167 億美元收購(gòu) Altera 的原因之一。

可見(jiàn)，賽靈思與英特爾在這一領(lǐng)域必將刀戈相向。

與非網(wǎng)小編也簡(jiǎn)單盤(pán)點(diǎn)了下熱門(mén) FPGA 云加速器上用的是哪顆芯。

云服務(wù)器上的 FPGA 芯

百度云，賽靈思 KU115 FPGA
百度自研 FPGA 加速卡使用賽靈思 20nm KU115 FPGA。FPGA 板卡帶有 4 通道 DDR4，每個(gè)通道 72bit，帶 ECC，容量 2GB，速率 2400Mhz。FPGA 通過(guò) PCIE 3.0x8 和 CPU 相連。板卡的結(jié)構(gòu)框圖如下所示：

基于上面的 FPGA 板卡，百度還提供的 FPGA 標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)發(fā)環(huán)境，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖：

亞馬遜 EC2 F1，賽靈思 16nm Virtex UltraScale+ FPGA
AWS F1 使用的是 Xilinx 最新一代 UltraScale +架構(gòu)的高配 FPGA VU9P。FPGA 提供可編程的硬件加速器。 AWS 為 FPGA 開(kāi)發(fā)了新的鏡像格式，稱(chēng)為 AFI。用戶(hù)可使用 aws ec2 create-fpga-image 命令將編譯好的加速器注冊(cè)為 AWS AFI，然后可在任意 F1 實(shí)例上使用 AFI Management Tools 部署執(zhí)行。

AFI 是 F1 實(shí)例上對(duì) FPGA 編程的唯一方式，從安全和管理角度考慮，Amazon 目前沒(méi)有今后應(yīng)該也不會(huì)提供直接下載 Bitstream 到 FPGA 的接口。這樣，AMI 定義虛擬機(jī)系統(tǒng)鏡像，AFI 定義 FPGA 加速器鏡像，兩者合起來(lái)就能配置一臺(tái)完整的帶 FPGA 加速的服務(wù)器。加速器開(kāi)發(fā)商可以將加速器 AFI，或者 AMI+AFI 發(fā)布到 AWS Marketplace 進(jìn)行銷(xiāo)售。而加速器用戶(hù)只需使用傳統(tǒng)的 EC2 流程即可購(gòu)買(mǎi)開(kāi)啟 FPGA 加速實(shí)例。

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騰訊云，賽靈思 Kintex UltraScale KU115 FPGA
騰訊云有賽靈思和英特爾兩種方案，推出的全新 FPGA 型 FX2 實(shí)例包含 3 個(gè)版本，都是搭載賽靈思 Kintex UltraScale KU115 FPGA?？蓱?yīng)用于深度學(xué)習(xí)與實(shí)時(shí)圖像處理領(lǐng)域。

在深度學(xué)習(xí)方面，使用 FPGA 云服務(wù)器對(duì)深度學(xué)習(xí)模型中 CNN 算法的 Alexnet 模型進(jìn)行加速計(jì)算。采用 Alexnet 模型對(duì)圖像進(jìn)行分類(lèi)檢測(cè)對(duì)比測(cè)試，在性能上，F(xiàn)PGA 云服務(wù)器處理性能是 CPU 云服務(wù)器的 5 倍。

在圖像處理方面， 盡管 WEBP 圖片格式因其比 JPEG 圖片格式存儲(chǔ)空間小 30%，但其壓縮計(jì)算復(fù)雜度是 JPEG 壓縮的 10 倍以上。因此采用 CPU 進(jìn)行 WEBP 轉(zhuǎn)碼成本很高。為了增強(qiáng)圖片轉(zhuǎn)碼能力，使用 FPGA 云服務(wù)器進(jìn)行加速。對(duì) JPEG 格式圖片轉(zhuǎn)成 WEBP 格式圖片進(jìn)行測(cè)試對(duì)比，測(cè)試圖片大小為 853x640，F(xiàn)PGA 云服務(wù)器處理延時(shí)相比 CPU 服務(wù)器降低 20 倍，F(xiàn)PGA 云服務(wù)器處理性能是 CPU 服務(wù)器的 6 倍。

下一階段也會(huì)推出基于 Intel 的 FPGA 硬件平臺(tái)。

FPGA 備受青睞，但常人卻難以“消化”
FPGA 云服務(wù)器只是折射出了 FPGA 應(yīng)用領(lǐng)域的一角，可見(jiàn) FPGA 備受熱門(mén)應(yīng)用青睞。然而，自 Xilinx 在 1984 年創(chuàng)造出 FPGA 以來(lái)，卻一直被廣大工程師認(rèn)為是難以“消化”的技術(shù)，其主要障礙還在于編程方面。

為了解決這一痛點(diǎn)，Xilinx 將 Vivado 產(chǎn)品作為重點(diǎn)推廣內(nèi)容，它可用 C 語(yǔ)言進(jìn)行設(shè)計(jì)，軟件工程師就可輕松進(jìn)行硬設(shè)計(jì)。于此同時(shí)，Altera 有一個(gè)已經(jīng)開(kāi)發(fā)的 OpenCL 環(huán)境。兩家公司都在試圖創(chuàng)建一個(gè)新環(huán)境，讓用戶(hù)可以使用更熟悉的編程（如 C 和 OpenCL），而不受 Verilog、VHDL 的限制。

FPGA 全球格局
FPGA 門(mén)檻之高在芯片行業(yè)里無(wú)出其右，因此這個(gè)領(lǐng)域被實(shí)力玩家壟斷。曾經(jīng)這還是四大巨頭賽靈思、Altera、Lattice、美高森美的的爭(zhēng)奪地。而如今在收購(gòu)、兼并、重組的大環(huán)境下，格局已大變。

? Altera：2015 年 12 月,全球第二大 FPGA 制造商 Altera 被芯片巨頭英特爾以 167 億美元完成收購(gòu)，這也是英特爾歷史上最大的一起收購(gòu)。

? Lattice：2016 年 4 月紫光宣布在公開(kāi)市場(chǎng)收購(gòu) Lattice 6.07%股權(quán)，致使 Lattice 的股票股價(jià)大漲 18%；2016 年 11 月 3 日， Lattice 被 Canyon Bridge 以 13 億美元收購(gòu)（還未正式確定）。

? Microsemi：2017 年 3 月 21 日,美高森美宣布關(guān)閉位于上海的制造工廠。預(yù)期，上海美高森美半導(dǎo)體有限公司正式關(guān)閉時(shí)間為 2017 年 10 月底。

本期《芯榜單》就到這里，下期見(jiàn)。

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