现场可编程门阵列-FPGA的发展

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在半导体市场上,现场可编程门阵列一直是另类。尽管FPGA只是从可以模拟其他硬件并因此运行软件的一系列逻辑门演变而来,但FPGA遵循了自己的发展路径,同时利用了为通用CPU和定制ASIC开发的其他技术。


对于主要的FPGA制造商的产品和策略,Roge并不陌生。从1990年代中期到2000年代中期,Roge曾担任赛普拉斯半导体公司的产品线经理,负责许多不同的产品线和不同的管理角色。2005年,Roge担任Altera产品计划高级经理,将公司的65纳米和40纳米产品推向市场(这是在Achronix成立之后)。五年后,Roge成为Xilinx的产品规划总监,推动了该公司的路线图和生态系统;四年后,他担任了数据中心和通信产品线的规划和营销工作总监。 2017年夏天,Roge接任了Achronix的当前工作,为另一家FPGA制造商制定了战略和路线图。


Roge告诉The Next Platform: “之所以有这么激动有几个原因。” “首要原因是数据中心中的所有关键工作负载都在快速变化,而诸如机器学习之类的新工作负载已经成熟。每个人都在寻找降低功耗和提高成本效率的数量级。您只是无法通过部署越来越多的CPU来扩展数据中心,并且,我认为,目前行业中普遍同意您需要使用异构加速器。FPGA是一种选择,部署FPGA以便将来验证数据中心有很多好处。”


这种可延展性–我们已经听到很多人将FPGA称为“动态ASIC”,而我们称其为“动态虚拟ASIC”,因为它们通常代表带有可编程虚拟指令集的虚拟CPU。当然是FPGA的关键特性之一。每当您的工作负载快速变化(但不是很快)并且需要低延迟和并行计算时,就必须考虑使用FPGA。


Roge看待它的方式,已经经历了三个FPGA时代,而我们仍处于第三个时代,直到几年前才问世。


Roge解释说:“ FPGA 1.0阶段涉及胶合逻辑,从1980年代一直持续到1990年代中期。” “这个时代包括低端CPLD和PLD设备,客户将其用于某种胶合逻辑,某种可编程的I/O,并大致代表了一个10亿至20亿美元的可寻址市场。从1990年代中期到2017年左右是FPGA 2.0时代,我们称之为连通性浪潮,当时使用FPGA来实现用于网络或存储器的接口。以太网或DDR存储器种类繁多,随着FPGA密度和性能的提高,它们被用于某些复杂的功能,而不仅仅是胶粘逻辑,这将TAM扩大到大约50亿美元。”


根据您的估算方式,主要的FPGA供应商– Xilinx,Altera / Intel,Lattice Semiconductor和Achronix –的销售额约为65亿美元,他们当然会追求更大的TAM。到底是多少争论的话题,这是我们举办一场以FPGA为中心的活动的原因之一。


“从2017年左右开始,我们进入了FPGA 3.0时代,这全都涉及数据加速。现在,FPGA不仅用于某种胶合逻辑或原型设计,而且独立地成为计算引擎,它们也被大量部署在Microsoft Azure和Amazon Web Services的数据中心内部。” Roge说,FPGA的TAM保守地估计在100亿美元左右,可能是其两倍或三倍。


现在的问题是如何将TAM变成现实,而这需要硬件和软件工程。


“无论您是构建HPC集群之类的系统还是用于超大规模数据中心的分析,所有这些都归结为以下三个要素:高效的计算,内存层次结构和带宽以及有效的数据传输。我们已经仔细研究了如何优化这些内容。我们正在使用台积电的7纳米工艺,因此我们将从中受益,并与Xilinx保持公平竞争。英特尔目前的Agilex FPGA大约为10纳米,大致相同。但是我们的差异在于体系结构和我们选择的一些功能。我们决定专注于一些工作负载,并且我们想尽最大的努力来提供更高的性能。我们确实仔细考虑了其中的一些方面,使架构师更容易与Xilinx或Intel接洽。我们不关心直接的功能比较-逻辑元素,DSP模块,存储模块等。Teraops是一个营销编号,它的确没有任何意义。重要的是如何加速整个应用程序。而且,由于您拥有合适的内存带宽和高效的机器学习计算能力,例如,我们可以为图像识别提供良好的一端到另一端的应用程序性能。”


我们可以说,内存带宽,I/O带宽和teraops(或teraflops)是任何设备的缺一不可的,而您对它们的处理方式(在硬件和软件的独特组合中)才是最重要的。换句话说,我们认为FPGA将在数据中心找到一个持久但不断变化的家。


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