從提供硬件轉(zhuǎn)向軟件平臺服務(wù)，F(xiàn)PGA廠商在新賽道上展開激烈角逐

圖靈獎得主 John Hennessy 和 Dave Patterson 曾經(jīng)表示，架構(gòu)已經(jīng)進入新的黃金時代。傳統(tǒng)架構(gòu)顯然已經(jīng)無法滿足現(xiàn)有的數(shù)據(jù)處理任務(wù)，更不用說應(yīng)對未來的需求，行業(yè)亟需架構(gòu)的創(chuàng)新。確實，隨著 5G 、AI、云計算、物聯(lián)網(wǎng)及自動駕駛等新一代信息技術(shù)快速演進，全球數(shù)據(jù)正呈指數(shù)級增長并呈海量聚焦態(tài)勢。IDC 預(yù)測，到 2025 年，全球的數(shù)據(jù)量會增加到 175ZB。數(shù)據(jù)量的急速膨脹，給數(shù)據(jù)中心帶來前所未有的壓力，從硬件到軟件都要進行全面革新，計算機架構(gòu)已經(jīng)從單核演進到多核，甚至將 CPU、GPU、FPGA 進行多核異構(gòu)，從而滿足未來數(shù)據(jù)處理對算力的需求。

“去年年初，我們提出了三大戰(zhàn)略：數(shù)據(jù)中心優(yōu)先、加速核心市場發(fā)展和驅(qū)動靈活應(yīng)變的計算?！痹?2019 XDF 上，賽靈思全球總裁兼 CEO Victor Peng 介紹，“經(jīng)過逾一年半的發(fā)展，我們在數(shù)據(jù)中心、人工智能、 5G 等行業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴大市場。截止到 9 月底，數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)在這一季度同比增長 24%，季度增長 92%。我們在數(shù)據(jù)中心的量產(chǎn)部署還處于非常早期階的段，這一增長反映了自適應(yīng)計算價值優(yōu)勢的開啟。在生態(tài)方面，我們已經(jīng)開始與服務(wù)器 OEM 提供商如 Dell、 HP、浪潮等攜手 Alveo 加速，培訓企業(yè)及學術(shù)界用戶達 7,000 多人，加入賽靈思加速器計劃的合作伙伴已經(jīng)達 800 多家，應(yīng)用發(fā)布近 100 個?！?/p>

賽靈思全球總裁兼 CEO Victor Peng

數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)確實是塊“肥肉”，從市場規(guī)?？?，數(shù)據(jù)中心到 2023 年總體規(guī)模預(yù)計會超過 3000 億美元，加速器市場在 2021 年會超過 200 億美元，F(xiàn)PGA 市場在 2022 年會超過 75 億美元。無論對于 FPGA 廠商、加速卡供應(yīng)商，還是服務(wù)器供應(yīng)商，都是前途一片光明。

浪潮集團高級副總裁彭震表示，當前，融合發(fā)展正在引發(fā)數(shù)據(jù)中心新一輪變革，計算、存儲和網(wǎng)絡(luò)的模塊融合，軟硬件一體化的平臺融合，IT、CT 和 OT 的跨技術(shù)融合，以及“互聯(lián)網(wǎng)+”、“物聯(lián)網(wǎng)+“與“智能+”的跨產(chǎn)業(yè)融合，對計算范式的靈活性和計算架構(gòu)的開放性均帶來新的挑戰(zhàn)。在數(shù)據(jù)中心融合發(fā)展趨勢下，通過硬件重構(gòu)+軟件定義的融合架構(gòu)模式，構(gòu)建敏捷、可重構(gòu)、高性能功耗比的可定制計算將是未來數(shù)據(jù)中心創(chuàng)新的重要解決之道。浪潮通過 JDM 模式，與合作伙伴一起聯(lián)合創(chuàng)新，基于對云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能的深入理解，共同創(chuàng)新開發(fā)新的產(chǎn)品。IDC 數(shù)據(jù)顯示，2019 年第三季度，浪潮服務(wù)器出貨量和銷售額均為全球前三，中國第一；2019 年上半年，浪潮在中國的 AI 服務(wù)器市場貢獻了超過 50%的市場份額，穩(wěn)居中國第一。

百度技術(shù)經(jīng)理張紅光介紹，百度大腦已經(jīng)構(gòu)建了完整的 AI 技術(shù)體系，目前已接入 150 多萬開發(fā)者，開放 228 項技術(shù)能力。聯(lián)合賽靈思的 FPGA，百度大腦在 AI 算法、計算架構(gòu)和應(yīng)用場景融合創(chuàng)新的基礎(chǔ)上，已升級為軟硬一體 AI 大生產(chǎn)平臺，實現(xiàn)了 AI 技術(shù)的標準化、自動化、模塊化。

在阿里巴巴的云和智能 FPGA 異構(gòu)機損負責人張振祥看來，F(xiàn)PGA 的開發(fā)和使用存在著天然的高門檻，F(xiàn)PGA 能夠被客戶接受的最重要因素是簡單易用，最好能和 CPU、GPU 一樣容易上手使用。因此，F(xiàn)PGA 異構(gòu)計算一直在易用、穩(wěn)定、安全這三個特性上不遺余力地進行投入和研發(fā)。阿里云異構(gòu) FPGA 計算經(jīng)過了 2018 年和 2019 年兩次雙十一大促的考驗，沒有出現(xiàn)任何問題。在安全問題上，客戶可以放心地把解決方案部署到阿里云上。

數(shù)據(jù)中心這塊“肥肉”誰都不想拱手讓人

2018 年英特爾全球營收首次超過 700 億美元，達到 708 億美元，數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)占比高達 48%，粗略一算，英特爾僅在數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)的營收就達到 340 億美元，這與英特爾轉(zhuǎn)向“以數(shù)據(jù)為中心”的決策有莫大的關(guān)系。英特爾也在感嘆，當年收購 Altera 是一個多么英明的決定，有了 CPU、GPU，加上 AI 芯片、FPGA 妥妥地無人能敵。就在上個月，英特爾在 FPGA 技術(shù)上又發(fā)了一把力，推出了 Stratix 10 GX 10M FPGA，包含 1020 萬個邏輯單元，433 億晶體管，成為當前密度最高的 FPGA 芯片，雖然英特爾一再表示，這款芯片主要用于 ASIC 驗證和仿真，但是對于加速卡產(chǎn)品來說無疑又多了一個選項。

作為 FPGA 市場的霸主，賽靈思也早就看準了這一市場機會。在去年的 XDF 上，賽靈思就推出了 Alveo 加速器卡，推動數(shù)據(jù)中心優(yōu)先戰(zhàn)略。Victor Peng 表示，“Alveo 就是要大幅提升云端和本地數(shù)據(jù)中心中業(yè)界標準服務(wù)器性能，推動自適應(yīng)器件的普及應(yīng)用。這一產(chǎn)品系列目前已擴展至 Alveo U50、U200、U250、U280 四款產(chǎn)品，并已在美國、歐洲和中國市場得到廣泛應(yīng)用。今年 4 月，我們收購了 Solarflare 通信公司，將 FPGA、MPSoC 和 ACAP 解決方案與 Solarflare 的超低時延網(wǎng)絡(luò)接口卡（NIC）技術(shù)以及 Onload 應(yīng)用加速軟件相結(jié)合，從而實現(xiàn)全新的融合 SmartNIC 解決方案?！?/p>

就在前不久，作為 FPGA 領(lǐng)域新秀的 Achronix，也聯(lián)合 Molex 的子公司 BittWare 打造了一款高速 FPGA 加速卡 --VectorPath PCIe 加速卡。在創(chuàng)業(yè)初期，Achronix 是做 eFPGA 起家的，當時只做 FPGA IP 授權(quán)，隨著技術(shù)實力和資金實力的增強，去年推出了 Speedater7t FPGA 芯片，今年在擴展業(yè)務(wù)首先就想到了做加速卡。BittWare 之所以選中 Achronix 的 FPGA 芯片，就是看重了 Speedater7t 的高性能（具體詳情見：抓住 AI 帶來的 3 倍飆升，這家公司拼力打造“FPGA+”實現(xiàn)突破：http://xujingxiang.cn/fpga/440725），而且在市場競爭中找到了與大廠不同的位置。BittWare 公司副總裁 Sam Bichara 對與非網(wǎng)記者表示，在市場上，PCIe 加速卡應(yīng)用越來越多，在兩、三年前，一類規(guī)模廠商開始將加速卡引入數(shù)據(jù)中心，他們的工程師資源比較充分，可以把芯片直接做到主板中，而對于小型數(shù)據(jù)中心，工程師資源匱乏，可以基于 PCIe 加速卡發(fā)揮 FPGA 的優(yōu)勢，這就是 Achronix 的市場機會。

都說 FPGA 市場基本走向壟斷，大部分都被英特爾和賽靈思收入囊中，但是面對數(shù)據(jù)中心巨大的市場誘惑，還是有創(chuàng)業(yè)者愿意來試一把，Achronix 就是其中之一。

FPGA廠商“齊步”走向平臺化

面對當前半導(dǎo)體市場的競爭格局，芯片廠商只提供芯片已經(jīng)成為一種過時的市場策略，大部分芯片公司在幾年前就已經(jīng)紛紛針對不同的應(yīng)用提供全套的解決方案，這一做法和聯(lián)發(fā)科當年爭奪手機市場的做法如出一轍。但是 FPGA 市場似乎更快一步，直接從單純提供硬件轉(zhuǎn)向平臺化服務(wù)，賽靈思推出了 Vitis 軟硬件統(tǒng)一平臺，英特爾推出了 OneAPI。

賽靈思向平臺化轉(zhuǎn)型的策略在五、六年前就已經(jīng)開啟，當年的 SDAccel 就是 Vitis 的早期原型。關(guān)于 Vitis 的研發(fā)背景，賽靈思軟件與 AI 產(chǎn)品市場營銷副總裁羅明做出了分析，從 2000 年開始，CPU 的主頻就已經(jīng)達到 2GHz-4GHz，后面的 20 年沒有多大進步。為了提升計算速度，人們開始采用多核 CPU，但是能效止步不前，于是出現(xiàn)了多核異構(gòu)，但是固定的架構(gòu)難以趕上 AI 的創(chuàng)新速度，我們要打造一款自適應(yīng)平臺，讓芯片針對不同的應(yīng)用進行硬件優(yōu)化，這就是 Vitis 統(tǒng)一軟件平臺，Vitis 可以將從云到邊緣的所有開發(fā)統(tǒng)一起來。

針對 AI 應(yīng)用，賽靈思還發(fā)布了 Vitis AI，軟件工程師可以進行加速、特定領(lǐng)域的程序編寫，AI 的科學家可以把應(yīng)用程序接入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，然后反饋給軟件開發(fā)人員，這樣軟件工程師和 AI 就實現(xiàn)了統(tǒng)一。亞馬遜 AWS 是第一個采用 FPGA 云服務(wù)的提供商，百度、騰訊、阿里巴巴緊隨其后。針對云和邊緣，把所有環(huán)境、語言、庫統(tǒng)一到一個平臺上來，Vitis 確實很吸引人。

再看英特爾的 oneApp，和 Vitis 有著異曲同工之妙，其核心概念是提供統(tǒng)一的編程模型，簡化跨不同架構(gòu)的開發(fā)，開發(fā)人員可在標量、矢量、矩陣和空間架構(gòu)（CPU、GPU、AI 和 FPGA）上獲得統(tǒng)一的開發(fā)體驗；基于標準的跨架構(gòu)語言，可以在 CPU 與其它加速計算引擎間提供卓越的并行編程效率和性能的語言，支持針對不同硬件平臺的代碼復(fù)用，同時可以針對特定加速計算引擎的進行定制調(diào)優(yōu)。

“我們利用跨行業(yè)開放的解決方案，替代單一架構(gòu)的專有語言?！?英特爾網(wǎng)絡(luò)和自定義邏輯事業(yè)部副總裁 Patrick Dorsey 向與非網(wǎng)記者解釋，“讓硬件工程師做好優(yōu)化庫，采取庫的戰(zhàn)略，簡化軟件工程師的工作。當然，一定是硬件定制化才能達到最好的性能，用戶需要根據(jù)實際情況進行選擇。oneAPI 不止是針對 FPGA，而是針對更廣泛的群體，包括 GPU、CPU、AI 都可以使用 oneAPI?！?/p>

從應(yīng)用范圍來看，似乎英特爾的格局更大，囊括了 CPU、GPU、AI 和 FPGA 等旗下的所有產(chǎn)品，但是賽靈思選擇了將 Vitis AI 開源，用戶可以免費下載。賽靈思把工具交給客戶，讓他們可以無縫集成在自己的開發(fā)環(huán)境里。羅明也強調(diào)，我們采用業(yè)界熟悉的標準，同時把工具、資源、代碼開放給客戶，讓客戶直接使用。我們的目的是賦能軟件開發(fā)人員，讓他們在自適應(yīng)開發(fā)平臺上釋放自己創(chuàng)新力的開發(fā)工具。

從 Vivado 設(shè)計套件、SDNet 軟件定義規(guī)范環(huán)境，到針對數(shù)據(jù)中心的 SDAccel 開發(fā)環(huán)境、面向 SoC/MPSoC 嵌入式 C/C++應(yīng)用開發(fā)的 SDSoC，再到面向云端應(yīng)用的可重配置加速堆棧的 reVISION 堆棧，以及現(xiàn)在的 Vitis，賽靈思向著“All-Programmable”一路狂奔。羅明也表示，我們公司在進行戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型，從傳統(tǒng)硬件公司轉(zhuǎn)型成為軟件的平臺公司，我們理念就是擁抱開源，把免費工具貢獻給大家。Vivado 針對的是硬件工程師，Vitis 和 Vitis AI 針對的是軟件工程師以及 AI 科學家?，F(xiàn)在全球硬件開發(fā)者大約只有 10 萬、20 萬人，而軟件開發(fā)人員則數(shù)以幾百萬計。

FPGA 市場的整體發(fā)展趨勢是從單純提供硬件轉(zhuǎn)向軟件平臺服務(wù)。英特爾計劃通過 oneAPI 打通旗下各種硬件平臺，簡化用戶的選型過程；賽靈思是要通過 Vitis 吸引更多軟件工程師加入，擴大用戶群體。從傳統(tǒng)硬件公司轉(zhuǎn)向軟件平臺公司，雖然在體量上賽靈思和英特爾不在一個量級，但是運營思路是一致的，開源軟件為硬件業(yè)務(wù)吸納更多用戶，兩家公司對自己的定位都是通過銷售硬件盈利。