Intel付得起xPU的巨額尾款嗎？

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