邊緣計(jì)算時(shí)代，F(xiàn)PGA的可重新配置特性很重要

我們都知道邊緣計(jì)算的提出是相對(duì)而言的，相較于集中式存儲(chǔ)、處理的云計(jì)算，邊緣計(jì)算更顯效率和靈活性。這樣的本質(zhì)區(qū)別讓邊緣計(jì)算很難像云計(jì)算一樣制定成熟的產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，雖然各云計(jì)算組織制定的標(biāo)準(zhǔn)也很難兼容，但是巨頭效應(yīng)和地域效應(yīng)讓云計(jì)算的標(biāo)準(zhǔn)可以大規(guī)模適用。而面對(duì)分門(mén)別類(lèi)的邊緣計(jì)算，沒(méi)有哪一個(gè)公司敢言自己能夠制定一個(gè)適用于大部分行業(yè)或者一個(gè)大區(qū)域的標(biāo)準(zhǔn)。

沒(méi)有既定的標(biāo)準(zhǔn)就要求邊緣計(jì)算參與廠(chǎng)商有隨機(jī)應(yīng)變的能力，去適應(yīng)各行各業(yè)因需求而生的特制標(biāo)準(zhǔn)。Achronix 戰(zhàn)略產(chǎn)品規(guī)劃副總裁 Manoj Roge 表示：“Achronix 更相信應(yīng)用特定行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)基準(zhǔn)測(cè)試。應(yīng)用特定基準(zhǔn)的一個(gè)很好的案例是機(jī)器學(xué)習(xí)（ML），大多數(shù)芯片供應(yīng)商都使用 Tops（即每秒萬(wàn)億次操作）來(lái)作為他們的營(yíng)銷(xiāo)基準(zhǔn)測(cè)試結(jié)果。真正重要的是特定機(jī)器學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用基準(zhǔn)測(cè)試?！?/p>

Achronix 戰(zhàn)略產(chǎn)品規(guī)劃副總裁 Manoj Roge

他指出，行業(yè)內(nèi)最常用的是 ResNet-50 網(wǎng)絡(luò)的“圖像 / 秒”指標(biāo)，即使它是一種較舊的網(wǎng)絡(luò)。

在論述云計(jì)算和邊緣計(jì)算之間的關(guān)系時(shí)，Manoj Roge 看到了兩者之間即互補(bǔ)又充滿(mǎn)競(jìng)爭(zhēng)的關(guān)系。他講到：“與云計(jì)算不同，沒(méi)有一種架構(gòu)可以去適用于各種邊緣數(shù)據(jù)中心。很少有客戶(hù)希望建立自己的邊緣數(shù)據(jù)中心或基礎(chǔ)架構(gòu)設(shè)備，即通常稱(chēng)為本地端上（內(nèi)部）的部署。其主要目的是保持他們不愿意發(fā)送到云的數(shù)據(jù)的安全性；在許多情況下，云服務(wù)供應(yīng)商可能是他們的直接競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手?！?/p>

同時(shí)，在 Manoj Roge 看來(lái)，沒(méi)有既定標(biāo)準(zhǔn)且需求碎片化的邊緣計(jì)算市場(chǎng)將是 FPGA 的大舞臺(tái)，對(duì)于提供高性能、高密度 FPGA 方案的 Achronix 而言也是重大的歷史性機(jī)遇。他對(duì)此表示：“可以想象，每個(gè)企業(yè)客戶(hù)或運(yùn)營(yíng)商在構(gòu)建他們自己的邊緣部署過(guò)程中，都可能需要針對(duì)其獨(dú)特需求進(jìn)行自定義配置。部署基于 FPGA 的加速器可實(shí)現(xiàn)對(duì)不同的邊緣基礎(chǔ)架構(gòu)設(shè)備進(jìn)行定制，并加快上市時(shí)間。”

最重要的原因在于：FPGA 最大的價(jià)值之一就是它們是可重新配置的。

根據(jù) Manoj Roge 的描述，“Achronix 堅(jiān)信，由 5G、人工智能、自動(dòng)駕駛和物聯(lián)網(wǎng)驅(qū)動(dòng)的邊緣計(jì)算將是歷史性的機(jī)遇。Achronix 意識(shí)到了這一趨勢(shì)，并制定了我們的產(chǎn)品戰(zhàn)略以充分利用這一機(jī)遇。通過(guò)引入嵌入式 FPGA（eFPGA）業(yè)務(wù)模式，我們成為了顛覆 FPGA 行業(yè)的先驅(qū)。我們采取了一切推倒重來(lái)的方法對(duì)我們的 7nm 架構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化，其結(jié)果是：我們 7 納米的獨(dú)立 FPGA 芯片以及專(zhuān)為邊緣基礎(chǔ)設(shè)施部署設(shè)計(jì)的 eFPGA 都實(shí)現(xiàn)了最佳的性能 / 功耗 / 成本比率?！?/p>

他對(duì)此詳細(xì)解釋稱(chēng)：
當(dāng) Achronix 在為自己的產(chǎn)品設(shè)計(jì)架構(gòu)時(shí)，我們明確知道自己所專(zhuān)注的幾個(gè)關(guān)鍵的邊緣計(jì)算應(yīng)用，以及我們的目標(biāo)是提供最引人注目的端到端的應(yīng)用性能。到目前為止，我們看到了為多種工作負(fù)載帶來(lái)的令人激動(dòng)的結(jié)果。

業(yè)內(nèi)皆知的是：對(duì)于任何固定功能，采用 ASIC 實(shí)現(xiàn)方式將提供最佳的 PPA（性能、功耗、面積）結(jié)果。但是需要注意的是，現(xiàn)代的工作負(fù)載和算法都在不斷發(fā)展。FPGA 最大的價(jià)值之一就是它們是可重新配置的；因此，即使在硬件已經(jīng)被部署到現(xiàn)場(chǎng)之后，也可以隨時(shí)更新設(shè)計(jì)。FPGA 的適應(yīng)性為邊緣計(jì)算中不斷變化的工作負(fù)載提供了面向未來(lái)的機(jī)會(huì)。

重新編程不會(huì)危及到安全性，但是在 FPGA 中實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵 IP 的時(shí)候，反過(guò)來(lái)也有助于解決一系列所遇到的安全威脅。通過(guò)添加或修改專(zhuān)門(mén)針對(duì)全新攻擊而設(shè)計(jì)的 IP 模塊，就可以避免新的攻擊。如果將來(lái)出現(xiàn)漏洞，則可以更新協(xié)議。通過(guò)更改算法實(shí)現(xiàn)方式，全新的、無(wú)法預(yù)料的側(cè)信道攻擊可以被避免。為了進(jìn)一步進(jìn)行保護(hù)，可以為同一個(gè)設(shè)計(jì)創(chuàng)建多個(gè)實(shí)例，以便于產(chǎn)生不同但等效的版本，從而使攻擊變得更加困難。

Manoj Roge 講到：“邊緣計(jì)算目前及未來(lái)都將保持多年的活躍性并不斷發(fā)展。人們希望實(shí)現(xiàn)可以快速部署的、優(yōu)良的解決方案。FPGA 支持硬件解決方案不必鎖定當(dāng)前的最終實(shí)現(xiàn)手段。在 5 到 7 年內(nèi)，當(dāng) ASIC 變得更高效時(shí)，我們可能會(huì)看到二者的融合。在此期間，在 ASIC 解決方案不可行的地方，F(xiàn)PGA 提供了快速的產(chǎn)品上市和可用性?！?/p>

同時(shí)，Manoj Roge 指出 FPGA 將能夠幫助邊緣計(jì)算產(chǎn)品面對(duì) 5G 時(shí)代更為嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)?！?G 的兩個(gè)關(guān)鍵承諾是更高的性能和更低的延遲。我們無(wú)法使用傳統(tǒng)的架構(gòu)是因?yàn)樵趥鹘y(tǒng)架構(gòu)中所有的工作負(fù)載都在 CPU 上運(yùn)行，并且應(yīng)用的數(shù)據(jù)通路都在軟件級(jí)別上實(shí)現(xiàn)。這種傳統(tǒng)架構(gòu)不會(huì)提供合適的性能、確定性和更低的延遲。在邊緣收集的數(shù)據(jù)也無(wú)法被發(fā)送到云端進(jìn)行計(jì)算，也無(wú)法發(fā)送回邊緣。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)形成的延遲將無(wú)法滿(mǎn)足應(yīng)用的要求?！彼f(shuō)到。

他以自動(dòng)駕駛為例。自動(dòng)駕駛是邊緣計(jì)算的最佳示例，許多人將具有等級(jí) 3 及以上自動(dòng)駕駛能力的汽車(chē)稱(chēng)為車(chē)輪上的數(shù)據(jù)中心。所有計(jì)算都必須在汽車(chē)中完成，以在幾毫秒內(nèi)做出駕駛決策。此外，當(dāng)車(chē)輛連接到基礎(chǔ)設(shè)施（V2X）上時(shí)，從邊緣到車(chē)輛的數(shù)據(jù)傳輸帶來(lái)的任何延遲都可能導(dǎo)致事故。

面對(duì) 5G 時(shí)代更高的邊緣計(jì)算要求，Manoj Roge 認(rèn)為 FPGA 將會(huì)為企業(yè)賦能。他說(shuō)：“通過(guò)專(zhuān)用數(shù)據(jù)路徑，F(xiàn)PGA 既可提供更高的性能，以及可確定的和更低的延遲。即使在云端，我們也可以說(shuō)在共享資源上完成的計(jì)算可能無(wú)法保證可確定的延遲?！?/p>

作為一家專(zhuān)業(yè)從事 FPGA 開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)的公司，面對(duì)邊緣計(jì)算帶來(lái)的歷史性機(jī)遇，Achronix 為客戶(hù)提供高效率的 FPGA 開(kāi)發(fā)平臺(tái)。根據(jù) Manoj Roge 的介紹，我們整理出以下內(nèi)容：

Achronix 產(chǎn)品的關(guān)鍵應(yīng)用是在云端和邊緣、網(wǎng)絡(luò)連接、存儲(chǔ)加速和自動(dòng)駕駛等領(lǐng)域中的運(yùn)算加速。這些應(yīng)用都要求高帶寬數(shù)據(jù)處理，非常適合 FPGA 或 eFPGA 加速器。

Achronix 采取雙管齊下的戰(zhàn)略來(lái)應(yīng)對(duì)邊緣計(jì)算。Achronix 的 Speedster7t FPGA 系列芯片將為云計(jì)算和邊緣計(jì)算的基礎(chǔ)架構(gòu)部署提供最佳性能，同時(shí) Achronix 的 Speedcore 嵌入式 FPGA IP 可以被集成到客戶(hù)的特定應(yīng)用芯片（ASIC）或系統(tǒng)級(jí)芯片（SoC）中，以用于 5G、自動(dòng)駕駛、機(jī)器學(xué)習(xí)和計(jì)算存儲(chǔ)細(xì)分市場(chǎng)等大容量邊緣應(yīng)用中。隨著邊緣計(jì)算中的算法和架構(gòu)不斷向前發(fā)展，顯然需要硬件的可編程性，以滿(mǎn)足這些細(xì)分市場(chǎng)中的實(shí)時(shí)功能對(duì)性能和延遲的要求。

Achronix 優(yōu)勢(shì)在于：其 FPGA 邏輯陣列是針對(duì)這些類(lèi)型的工作負(fù)載而設(shè)計(jì)的，包括高速接口和新穎的片上網(wǎng)絡(luò)，以確保數(shù)據(jù)可根據(jù)應(yīng)用要求規(guī)定被傳輸至器件內(nèi)部和外部。

Speedcore eFPGA 使 SoC 設(shè)計(jì)人員可以對(duì)邏輯、存儲(chǔ)和數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）資源進(jìn)行自定義，以使其完美地適用于特定的應(yīng)用。這是其他主要的 FPGA 供應(yīng)商都無(wú)法為其客戶(hù)提供的獨(dú)特功能。Achronix 的 Speedster7t 獨(dú)立 FPGA 芯片在計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)加速、儀器儀表和高性能計(jì)算（HPC）工作負(fù)載等領(lǐng)域內(nèi)已經(jīng)和客戶(hù)展開(kāi)了積極的合作并進(jìn)入了多項(xiàng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。Achronix 還與客戶(hù)在 5G 基礎(chǔ)架構(gòu)和自動(dòng)駕駛應(yīng)用方面展開(kāi)了類(lèi)似的合作，其中 Speedster7t 用于試點(diǎn)部署，以及為大批量集成 Speedcore 鋪路。

對(duì)于邊緣計(jì)算應(yīng)用要求的低功耗，Achronix 認(rèn)為，功耗總是和性能齊頭并進(jìn)。Achronix 的途徑是去提供最具競(jìng)爭(zhēng)力的性能和功耗，這首先基于選擇最佳的工藝節(jié)點(diǎn)。Achronix 正在基于臺(tái)積電的 7 納米 FinFET 工藝來(lái)打造最新一代的產(chǎn)品，在業(yè)界當(dāng)前工藝節(jié)點(diǎn)中提供最低功耗。

其次，Achronix 推動(dòng)了經(jīng)過(guò)深思熟慮的架構(gòu)創(chuàng)新，以?xún)?yōu)化功耗。Achronix 專(zhuān)注于架構(gòu)優(yōu)化的三個(gè)關(guān)鍵支柱：
1）構(gòu)建最高效的計(jì)算單元模塊（對(duì)通用計(jì)算邏輯和機(jī)器學(xué)習(xí)進(jìn)行優(yōu)化以實(shí)現(xiàn)最高效的推理）；
2）構(gòu)建合適的存儲(chǔ)層次結(jié)構(gòu)和帶寬；
3）通過(guò)用真正的二維片上網(wǎng)絡(luò)（NoC）覆蓋傳統(tǒng) FPGA 路由，來(lái)構(gòu)建最高效的數(shù)據(jù)傳輸。最終推出了 FPGA 行業(yè)中最具競(jìng)爭(zhēng)力的性能 / 功耗比率。

關(guān)于安全性，Achronix 構(gòu)建了最穩(wěn)健的比特流安全防護(hù)引擎。如果 FPGA 要裝載關(guān)鍵 IP，那么它必須非常安全。Achronix 提供業(yè)界領(lǐng)先的安全單元模塊，用于保護(hù) FPGA 配置的完整性和安全性。該可選單元模塊提供了多個(gè)級(jí)別的身份驗(yàn)證，在安全單元模塊將要開(kāi)始解密配置之前，RSA 公 / 私鑰的身份驗(yàn)證就開(kāi)始了。256 位 AES-GCM 加密被用來(lái)為配置提供強(qiáng)大的加密和身份驗(yàn)證。為了防止側(cè)信道攻擊，我們使用了旋轉(zhuǎn)密鑰，并且采用了硬件 DPA 對(duì)策。Achronix 還可以通過(guò)利用物理上不可克隆的功能來(lái)幫助保護(hù)安全密鑰存儲(chǔ)。在 Speedster 和 Speedcore 中實(shí)現(xiàn)的比特流安全架構(gòu)可總結(jié)如下圖：

業(yè)者預(yù)計(jì)，到 2022 年中國(guó)物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備數(shù)量將達(dá)到 44.8 億個(gè)的數(shù)量，按照 50%部署邊緣計(jì)算，也將達(dá)到 22.4 億個(gè)的設(shè)備數(shù)量，這是巨大的市場(chǎng)容量。針對(duì)中國(guó)邊緣計(jì)算市場(chǎng)，Achronix 同樣給予重視?！癋PGA 支持專(zhuān)門(mén)針對(duì)不同市場(chǎng)進(jìn)行優(yōu)化的解決方案。安全再次成為了一個(gè)很好的案例，不同國(guó)家的政府通過(guò)使用專(zhuān)有的加密密碼來(lái)確保實(shí)現(xiàn)安全算法。借助 FPGA IP 授權(quán)模式，Achronix 可以獨(dú)具一格地支持客戶(hù)利用經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的高性能和功耗優(yōu)化的 FPGA 架構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)自定義方案。Achronix 正在尋找可以使用 Speedcore eFPGA 并為中國(guó)市場(chǎng)開(kāi)發(fā)特定解決方案的合作伙伴。” Manoj Roge 最后說(shuō)。
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