一波還未平息,一波再起,Intel繼續(xù)擴(kuò)張其xPU陣營(yíng)!
上回,筆者說(shuō)道Intel正在利用xPU+oneAPI的超異構(gòu)計(jì)算的形式延續(xù)摩爾定律。 所謂 xPU即為CPU+GPU+FPGA+其他加速器的異構(gòu)計(jì)算 ,體現(xiàn)在數(shù)據(jù)中心的實(shí)際產(chǎn)品便是Xeon可擴(kuò)展處理器+Xe獨(dú)立顯卡+AGILEX/STRATIX FPGA+SmartNIC加速器+ Movidius VPU。 針對(duì)xPU此前Intel發(fā)布了獨(dú)立服務(wù)器GPU和oneAPI Gold。
實(shí)際上,Intel的FPGA遠(yuǎn)不是“單槍匹馬作戰(zhàn)”的單一產(chǎn)品, Intel在FPGA上其實(shí)是依次從FPGA、eASIC過(guò)渡到ASIC的全套解決方案, Intel稱這種獨(dú)特的方案為 “定制邏輯連續(xù)體” ,僅在FPGA上便是一個(gè)“小生態(tài)”。
11月18日,IFTD2020上,Intel發(fā)布首款用于5G、人工智能、云端與邊緣的eASIC N5X(結(jié)構(gòu)化ASIC),同時(shí)發(fā)布了最新的Intel開(kāi)放式FPGA堆棧(Intel OFS),21ic中國(guó)電子網(wǎng)記者受邀參加此次發(fā)布會(huì)。
eASIC究竟是什么
FPGA和ASIC一直以來(lái)是半導(dǎo)體行業(yè)爭(zhēng)論不休的話題,甚至也頻繁出現(xiàn)一者將完全替代另一者的傳言。 事實(shí)上,兩者的存在并不存在任何沖突。
誠(chéng)然,ASIC在計(jì)算性能、功耗、可靠性、體積和制造成本上擁有一定優(yōu)勢(shì)。但從底層來(lái)說(shuō),其內(nèi)核執(zhí)行外的任何算法都是凍結(jié)的,因此這就需要在流片上市之前進(jìn)行頗為耗時(shí)的設(shè)計(jì)和測(cè)試,并且一旦流片算法和邏輯電路后都是無(wú)法修改的。所以ASIC設(shè)計(jì)通常是定制化,目的明確的。從側(cè)面來(lái)說(shuō),這就無(wú)形增加了前期的投入成本,即一次性工程費(fèi)用(NRE)高,并且由于流片后無(wú)法修改所以不具備靈活性。
正因如此種種束縛,F(xiàn)PGA應(yīng)運(yùn)而生,可重復(fù)編程性加速了產(chǎn)品的上市時(shí)間,也因其自身的靈活性和適應(yīng)性擁有了一席之地。不過(guò)FPGA相對(duì)ASIC來(lái)說(shuō),是利用數(shù)百萬(wàn)個(gè)邏輯單元換取這種便利性的,相比來(lái)說(shuō)價(jià)格很容易昂貴。但并不能因此就絕對(duì)說(shuō)FPGA比ASIC貴,ASIC的一次性工程費(fèi)用貴,流片量如果太小絕對(duì)是成本更高的。
所以在現(xiàn)階段, FPGA和ASIC是“分工明確”的, 可編程FPGA主要針對(duì)實(shí)施與加速要求最苛刻的算法階段,直到算法已經(jīng)非常成熟、并且最終確立下來(lái)之后,ASIC便可大面積實(shí)施在硬件之中。
既然明白FPGA和ASIC的定位,那么這個(gè)eASIC究竟是什么? eASIC又名為結(jié)構(gòu)化ASIC,簡(jiǎn)言之eASIC就是FPGA和ASIC的中間體,不過(guò)名字既然都只是ASIC加了e,相比來(lái)說(shuō)還是更靠近ASIC的。
eASIC與ASIC最大的不同之處就在于在客戶購(gòu)買定制芯片后,還能夠通過(guò)重新編程將芯片不同部分重新連接從而完成新的任務(wù)??蛻艨梢允褂肍PGA創(chuàng)建設(shè)計(jì)將固定布局烘焙到單個(gè)設(shè)計(jì)掩模中,最終eASIC也將不再可編程,從而獲得近似ASIC的功耗性能。市場(chǎng)中還存在eFPGA這種產(chǎn)品,當(dāng)然在使用上則會(huì)更靠近FPGA,主要是將ASIC進(jìn)行片上連接,此處不進(jìn)行詳細(xì)講解。
業(yè)界最強(qiáng)大的eASIC
縱覽Intel的eASIC之路,此前包括eASIC N2X/N3X/N3XS幾種產(chǎn)品。而 本次發(fā)布的eASIC N5X可謂是“天之驕子”,凝結(jié)了多項(xiàng)intel的創(chuàng)新成果, 不負(fù)眾望地成為了業(yè)界最強(qiáng)大的eASIC。這款產(chǎn)品繼承了Agilex FPGA的硬核處理器系統(tǒng)、安全特性,支持Agilex FPGA用于管理啟動(dòng)、身份驗(yàn)證和防篡改特性的安全設(shè)備管理器,采用了Diamond Mesa SoC技術(shù)。
從參數(shù)來(lái)看,eASIC N5X使用了16nm制程,擁有8千萬(wàn)個(gè)ASIC門,擁有225Mb雙端口存儲(chǔ)器,32Gbps收發(fā)器,包含一個(gè)四核Arm Cortex-A53硬處理器。
從性能來(lái)看, eASIC N5X相比AgilexFPGA核心功耗降低了50%, 不僅有效減小了散熱,還支持客戶在同樣散熱范圍內(nèi)提升性能; 相比ASIC,eASIC N5X又擁有更低的總體擁有成本, 因?yàn)檫@款產(chǎn)品可以加快產(chǎn)品上市速度并顯著降低一次性工程費(fèi)用。
這意味著什么?要知道, Agilex FPGA系列可是intel的“心頭肉”, eASIC N5X的功耗就這么輕松超越了。Agilex FPGA是第二代使用異構(gòu)FPGA chiplet架構(gòu)的產(chǎn)品,這是一種將多種制程技術(shù)、功能甚至供應(yīng)商集成到一種封裝的技術(shù)。Agilex FPGA不僅采用了10nm SuperFin技術(shù)和改進(jìn)的FPGA Hyperflex 架構(gòu),性能提升了高達(dá) 40%,功耗降低了高達(dá) 40%。其余的,兩倍的數(shù)據(jù)速率,支持PCI Express Gen 5和CXL都能說(shuō)明Intel對(duì)這款FPGA的厚望。
在設(shè)計(jì)方面,上文也有提及 eASIC實(shí)際可以直接使用FPGA設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)。 Intel這方面的軟件則是Quartus Prime,這款軟件提供了功耗優(yōu)化工具,并通過(guò)全面的設(shè)計(jì)套件幫助輕松提升工作負(fù)載性能。
除此之外,F(xiàn)PGA本身的RTL或硬件語(yǔ)言在入門難度上非常高,開(kāi)發(fā)者也可在oneAPI一體化平臺(tái)上簡(jiǎn)化CPU、GPU和 FPGA 的跨架構(gòu)開(kāi)發(fā)工作。oneAPI 支持使用Intel VTune Amplifier、Intel Advisor等工具進(jìn)行軟件開(kāi)發(fā)。之前筆者也曾介紹過(guò)oneAPI,其Gold版本將在今年12月正式交付。
FPGA、eASIC、ASIC怎么抉擇?
Intel對(duì)于eASIC的定位是, 比FPGA的單位成本更低、功耗更低,比標(biāo)準(zhǔn)單元ASIC的上市速度更快、一次性工程 (NRE) 費(fèi)用更低。 eASIC與ASIC都是定制類型的芯片,針對(duì)不同的應(yīng)用場(chǎng)景,各有所長(zhǎng)。當(dāng)把FPGA可重復(fù)編程的功能去掉,可以獲得更小的晶片尺寸,來(lái)實(shí)現(xiàn)低功耗和更低的成本。
FPGA、eASIC、ASIC的一個(gè)連續(xù)生命周期的產(chǎn)品組合又稱為“定制邏輯連續(xù)體”,對(duì)于三種產(chǎn)品的定位分別是:FPGA擁有最快的上市速度和最高的靈活性;eASIC擁有出色的性價(jià)比,優(yōu)化上市時(shí)間;ASIC擁有最高的性能和最低的功耗和成本。
對(duì)于不需FPGA可重復(fù)編程這種靈活性功能的客戶來(lái)說(shuō),eASIC和ASIC都可以供客戶選擇。eASIC不會(huì)是低功耗或低成本的最佳選擇,但它 能幫客戶實(shí)現(xiàn)從eASIC到ASIC的快速實(shí)現(xiàn)。 FPGA、 eASIC和ASIC各有所長(zhǎng),客戶可根據(jù)需求,如可重復(fù)編程、低功耗或低成本等功能來(lái)選擇不同的產(chǎn)品。
實(shí)際上,eASIC早在2006年就已被名字同為eASIC的公司推出,intel至少在2015年就開(kāi)始使用eASIC定制Xeon。直到2018年7月,Intel宣布收購(gòu)小型芯片廠商eASIC,完善了FPGA到ASIC的過(guò)渡。
Intel的FPGA開(kāi)發(fā)也開(kāi)源了
在發(fā)布eASIC的同時(shí), Intel也交付了第二代FPGA平臺(tái)軟件, 這不僅讓eAISC/FPGA開(kāi)發(fā)速度更快,也讓方便了軟件、硬件和應(yīng)用開(kāi)發(fā)人員進(jìn)行開(kāi)發(fā)。這就是在本次 最新發(fā)布的Intel開(kāi)放式FPGA開(kāi)發(fā)堆棧(下文簡(jiǎn)稱“Intel OFS”)。
Intel OFS提供標(biāo)準(zhǔn)接口和API,并擁有可擴(kuò)展的硬件和可訪問(wèn)的git源代碼庫(kù)的軟件框架。主板開(kāi)發(fā)人員、原始設(shè)計(jì)制造商和客戶都可利用標(biāo)準(zhǔn)接口的統(tǒng)一基礎(chǔ)設(shè)施開(kāi)始FPGA硬件開(kāi)發(fā)。應(yīng)用開(kāi)發(fā)人員可以通過(guò)基于Intel OFS的不同平臺(tái)之間更強(qiáng)大的可移植性實(shí)現(xiàn)更高的開(kāi)發(fā)回報(bào)。由于可以使用英特爾的開(kāi)源和上游代碼,領(lǐng)先的開(kāi)源軟件廠商不僅能根據(jù)現(xiàn)有的或新的結(jié)合提供CPU和GPU拓展支持,還能提供FPGA拓展支持,從而滿足客戶需求。
在上次發(fā)布的Xe獨(dú)立顯卡上,Intel優(yōu)化了在Linux上的開(kāi)發(fā),實(shí)際上也是為了方便開(kāi)源軟件的開(kāi)發(fā)。OFS亦如此, 為L(zhǎng)inux內(nèi)核提供定制化的軟硬件基礎(chǔ)設(shè)施,解決了軟硬件及應(yīng)用開(kāi)發(fā)人員面臨的許多痛點(diǎn), 包括開(kāi)發(fā)FPGA設(shè)計(jì)(“拿來(lái)與定制”)所需的模塊化、可組合代碼,以及開(kāi)源上游代碼,從而讓開(kāi)源分銷商能夠?yàn)榈谌胶蛯S蠭ntel OFS平臺(tái)提供本地支持。
Intel買得起異構(gòu)計(jì)算的單嗎?
行業(yè)著名芯片工程師、研究者曾表示,xPU的異構(gòu)計(jì)算在布局之中時(shí),面臨“生態(tài)”這一課題, 往往是10億美元量級(jí)的尾款。 面臨這個(gè)問(wèn)題的不僅是Intel也包括其他CPU、GPU、FPGA廠商。面對(duì)如此巨量的投入,Intel是否會(huì)有壓力?
事實(shí)上, 從五年前開(kāi)始,intel就早已反復(fù)強(qiáng)調(diào)轉(zhuǎn)型為以數(shù)據(jù)為中心的企業(yè), 并早已加大了這方面的投入和布局。目前,通過(guò)Intel推出的新產(chǎn)品來(lái)看,圍繞數(shù)據(jù)為中心的便是六大技術(shù)支柱, 體現(xiàn)在實(shí)際產(chǎn)品中便是xPU+oneAPI的軟硬件生態(tài)超異構(gòu)計(jì)算。
從財(cái)報(bào)上來(lái)看,2017財(cái)年Intel的總營(yíng)收為628億美元,2019財(cái)年intel總營(yíng)收為710億美元,實(shí)現(xiàn)了82億美元的營(yíng)收增長(zhǎng)。 特別是在2019財(cái)年Q3數(shù)據(jù)中心的營(yíng)收業(yè)務(wù)首次與PC業(yè)務(wù)營(yíng)收達(dá)到了持平,僅一季度就實(shí)現(xiàn)了95億美元的營(yíng)收。
反觀Intel在2020年Q1-Q3的財(cái)報(bào),數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)基本上能夠與與PC業(yè)務(wù)“五五開(kāi)”。展望2020年全年,有望營(yíng)收753億美元,同比增長(zhǎng)5%。
從Q1-Q3,Intel出貨了第三代Xeon可擴(kuò)展處理器、第二代傲騰持久內(nèi)存、TLC 3D NAND固態(tài)盤、Stratix 10 NX FPGA、銳炬Xe MAX獨(dú)立顯卡……還在近期發(fā)布了Xe獨(dú)立顯卡架構(gòu)、eASIC N5X……
體現(xiàn)在財(cái)報(bào)上的總收入這一數(shù)字,是扣除了研發(fā)和其他花費(fèi)的資金的,Intel這家公司在研發(fā)中的投入可以說(shuō)是有目共睹,占比極大。所以 在連續(xù)不斷的xPU產(chǎn)線研發(fā)和發(fā)布新產(chǎn)品之中,仍然保持營(yíng)收,說(shuō)明intel至少目前是支撐的住異構(gòu)計(jì)算這種巨額費(fèi)用的。
另外,要拿下異構(gòu)計(jì)算這座大山的確需要非常大的投入資金,但正因?yàn)閕ntel是從五年前便已開(kāi)始布下這個(gè)局, 10億美元量級(jí)的尾款其實(shí)早就化整為零了, 用一個(gè)比喻形容,就是分期付款。
再反觀整個(gè)行業(yè), Intel是目前在異構(gòu)計(jì)算上擁有最全產(chǎn)品線的, 在硬件上擁有CPU、獨(dú)立GPU、FPGA、eASIC、ASIC、VPU、內(nèi)存和存儲(chǔ)等,在軟件上擁有統(tǒng)一開(kāi)發(fā)平臺(tái)oneAPI??梢哉f(shuō)intel是最接近超異構(gòu)計(jì)算的, 假若這位巨頭都消化不下10億量級(jí)的尾款,試問(wèn)還有哪家企業(yè)能挑起異構(gòu)計(jì)算的重?fù)?dān)?
不過(guò),的確異構(gòu)計(jì)算投入大、周期長(zhǎng), 這不僅僅是Intel這一家企業(yè)的事,而是整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈所要考慮的事情。 近兩年,Intel積極合作,在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)也一直非?!白咝摹薄ntel曾明確表示,在中國(guó),發(fā)展產(chǎn)業(yè)生態(tài)最重要的一點(diǎn),是要真正扎根于本土的市場(chǎng)特點(diǎn)和用戶需求。
在異構(gòu)計(jì)算和生態(tài)建設(shè)上,Intel的產(chǎn)線越來(lái)越豐富,更多異構(gòu)計(jì)算生態(tài)產(chǎn)品值得期待。
責(zé)任編輯:haq
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