如今全球正經(jīng)歷一場數(shù)字化的轉(zhuǎn)型，不斷打破“數(shù)字世界與真實世界之間的藩籬”，邁向萬物智能互聯(lián)的世界，不僅僅是云計算、大數(shù)據(jù)的蔚然成風(fēng)，亦催生虛擬現(xiàn)實、人工智能等技術(shù)的興起，大量的數(shù)據(jù)和計算能力需求也引發(fā)基礎(chǔ)架構(gòu)的變革。

FPGA是大數(shù)據(jù)和物聯(lián)網(wǎng)的趨勢

1.1、Intel167億美元、35倍倍PE押注FPGA

2015年6月1日，Intel宣布斥資167億美元，以每股約54美元的價格收購全球第二大FPGA廠商Altera(阿爾特拉)，這是Intel成立47年以來歷史上規(guī)模最大的收購。本次Intel的收購對應(yīng)的估值高達(dá)35倍，這在半導(dǎo)體領(lǐng)域已經(jīng)非常罕見。

Intel收購Altera，主要基于三方面考慮：

第一、IBM與全球第一大FPGA廠商Xilinx合作，主攻大數(shù)據(jù)和云計算方向，這引起Intel的巨大擔(dān)憂。Intel已經(jīng)在移動處理器落后，大數(shù)據(jù)和云計算領(lǐng)域不能再落后。

第二、FPGA在云計算、大數(shù)據(jù)領(lǐng)域?qū)⑸钊霊?yīng)用。Intel此次與Altera合作，將開放Intel處理器的內(nèi)部接口，形成CPU+FPGA的組合模式。其中FPGA用于整形計算，cpu進(jìn)行浮點計算和調(diào)度，此組合的擁有更高的單位功耗性能和更低的時延。

第三、IC設(shè)計和流片成本。隨著半導(dǎo)體制程指數(shù)增長，F(xiàn)PGA在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域?qū)⑻娲邇r值、批量相對較小(5萬片以下)、多通道計算的專用設(shè)備替代ASIC。同時，F(xiàn)PGA開發(fā)周期比ASIC短50%，可以用來快速搶占市場。

1.2、FPGA+CPU，大數(shù)據(jù)時代的趨勢之一

在去年杭州的云棲大會，Intel已經(jīng)展示了其Xeon+FPGA的創(chuàng)新模式，計劃17年將投放市場。Altera的FPGA產(chǎn)品可以讓英特爾Xeon至強(qiáng)處理器技術(shù)形成高度定制化、整合產(chǎn)品，單位功耗性能比CPU+GPU模式更高。CPU+FPGA用于數(shù)據(jù)中心，這將是未來數(shù)據(jù)中心的標(biāo)配。

目前在海量數(shù)據(jù)處理，主流方法是通過易編程多核CPU+GPU來實現(xiàn)，而從事海量數(shù)據(jù)處理應(yīng)用開發(fā)(如密鑰加速、圖像識別、語音轉(zhuǎn)錄、加密和文本搜索等)。設(shè)計開發(fā)人員既希望GPU易于編程，同時也希望硬件具有低功耗、高吞吐量和最低時延功能。但是依靠半導(dǎo)體制程升級帶來的單位功耗性能在邊際遞減，CPU+GPU架構(gòu)設(shè)計遇到了瓶頸而，而CPU+FPGA可以提供更好的單位功耗性能，同時易于修改和編程。

數(shù)據(jù)顯示，瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院(ETHZurich)研究發(fā)現(xiàn)，基于FPGA的應(yīng)用加速比CPU/GPU方案，單位功耗性能可提升25倍，而時延則縮短了50到75倍，與此同時還能實現(xiàn)出色的I/O集成(PCIe、DDR4、SDRAM接口、高速以太網(wǎng)等)。換言之，F(xiàn)PGA能在單芯片上提供高能效硬件應(yīng)用加速所需的核心功能，并同時提供每個開發(fā)板低功耗的解決方案。

另外，微軟的研究表明，F(xiàn)PGA的單位功耗性能是GPU的10倍以上，由多個FPGA組成的集群能達(dá)到GPU的圖像處理能力并保持低功耗的特點。FPGA在云數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用，將從CPU與FPGA離散使用、向CPU與FPGA打包使用、再向CPU與FPGA整合使用發(fā)展。根據(jù)英特爾預(yù)計，到到2020年，將有1/3的云數(shù)據(jù)中心節(jié)點采用FPGA技術(shù)。

另外，與CPU和GPU相比，F(xiàn)PGA的運算類似于ASIC“電路直給”，執(zhí)行效率比CPU和GPU大幅提高。同時，F(xiàn)PGA在整數(shù)運算領(lǐng)域效率大大超過CPU，所以FPGA在整數(shù)運算領(lǐng)域的加速優(yōu)勢非常明顯，而整數(shù)運算正是當(dāng)前主流企業(yè)級應(yīng)用的主要運算方式。目前。FPGA在卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法進(jìn)行圖像識別、加密算法進(jìn)行安全控制、壓縮算法等整數(shù)運算領(lǐng)域的加速運算更加出色。

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