從Agilex FPGA看英特爾如何設(shè)計(jì)產(chǎn)品新模式

Agilex是Agile（敏捷）和Flexible（靈活）兩個(gè)詞語的結(jié)合體，而這兩個(gè)特點(diǎn)也正是現(xiàn)代FPGA技術(shù)最為核心的兩大要點(diǎn)。英特爾在2015年時(shí)就承諾說未來會(huì)根據(jù)不同的客戶需求提供不同點(diǎn)5的異構(gòu)架構(gòu)，包括：分立的CPU+FPGA、封裝集成的CPU+FPGA、以及將Intel CPU/FPGA/ARM叁者進(jìn)行管芯集成的FPGA。

理由是顯而易見的。通過集成，不但能夠降低延時(shí)，提高效能和性能/瓦，更可以統(tǒng)一處理器和FPGA之間的工具流程，為不同的性能需求提供更廣泛的體系結(jié)構(gòu)支持。4年之后，Agilex FPGA通過異構(gòu)架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了對不同制程工藝、不同邏輯單元之間的集成，在靈活性和定制化方面實(shí)現(xiàn)了突破。

根據(jù)英特爾2月份的基準(zhǔn)測試，Agilex在最大時(shí)鐘速率（Fmax）上比Stratix 10提高了40%，而總能耗降低高達(dá)40%。此外，Agilex還具有高達(dá)40 TFLOP的DSP性能（FP16配置）和92 TOP DSP性能（INT8配置）。坦率的說，僅憑異構(gòu)架構(gòu)這一點(diǎn)，Agilex FPGA其實(shí)是無法實(shí)現(xiàn)上述性能指標(biāo)的，那幺，Agilex FPGA中還隱藏著哪些不為人知的“黑科技”呢？

對于英特爾這樣擁有“端到端”解決方案的半導(dǎo)體巨頭來說，擁有先進(jìn)的半導(dǎo)體制程技術(shù)和封裝技術(shù)，是構(gòu)建領(lǐng)先產(chǎn)品的基礎(chǔ)與關(guān)鍵。在架構(gòu)日以及隨后的CES 2019展上，英特爾相繼展示了覆蓋云到端的10納米產(chǎn)品，包括“Ice Lake”PC 處理器、“Lakefield”客戶端平臺(tái)、“Snow Ridge”網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)芯片、“Ice Lake”英特爾至強(qiáng)可擴(kuò)展處理器，以及被外界視為繼2018年推出的嵌入式多芯片互連橋接（EMIB）封裝技術(shù)之后，又一個(gè)具備“里程碑”意義的創(chuàng)新突破——“Foveros”3D封裝技術(shù)。

為了確保性能的一致性，Agilex FPGA器件核心的FPGA邏輯結(jié)構(gòu)芯片同樣采用了英特爾10納米芯片制程技術(shù)構(gòu)建，這也是目前世界上最先進(jìn)的FinFET制程技術(shù)之一。同時(shí)，Agilex還融合了英特爾專有嵌入式多芯片互連橋接（EMIB）集成的 3D 異構(gòu)系統(tǒng)級封裝（SiP）技術(shù)，它提供了一種高性能、低成本的方法，有助于將Chiplets和FPGA邏輯結(jié)構(gòu)芯片集成至相同的封裝中。

Agilex FPGA的邏輯結(jié)構(gòu)芯片采用了第二代英特爾HyperFlex架構(gòu)，除了與第一代架構(gòu)一樣，在整個(gè)核心結(jié)構(gòu)中都使用額外的寄存器Hyper-Registers外，二代架構(gòu)還提升了整體結(jié)構(gòu)性能，同時(shí)最大限度地降低了功耗，其中最顯著的一項(xiàng)改進(jìn)是在超級寄存器中添加了高速旁路。

而Chiplets是一種物理IP模塊，可通過封裝級集成方法和標(biāo)準(zhǔn)化接口集成其他Chiplets。借助Chiplets這種混合搭配模式，收發(fā)器數(shù)量不再受通道數(shù)量的限制。設(shè)計(jì)人員要想增加或減少收發(fā)器通道數(shù)量，只需添加所需的收發(fā)器Chiplets即可，無需重新布局芯片以集成不同數(shù)量的通道。僅此一項(xiàng)，英特爾就將單個(gè)收發(fā)器通道的速度從58Gbps提升到112Gbps。

在數(shù)據(jù)中心里作為CPU的硬件加速器，用來加速深度學(xué)習(xí)的模型訓(xùn)練、金融計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)功能卸載等各類應(yīng)用，是當(dāng)前FPGA的一個(gè)主要應(yīng)用場景。但該領(lǐng)域亟待解決的核心問題之一，就是緩存一致性。換句話說，就是必須要明確CPU與硬件加速器之間的內(nèi)存互聯(lián)協(xié)議。

今年3月，英特爾宣布聯(lián)合微軟、阿里、思科、戴爾EMC、Facebook、谷歌、惠普企業(yè)HPE和華為等公司，共同推出一個(gè)全新的互聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)，取名為Compute Express Link（CXL），應(yīng)用目標(biāo)鎖定互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心、通信基礎(chǔ)設(shè)施、云計(jì)算與云服務(wù)等領(lǐng)域，而這也正是FPGA大顯身手的重要平臺(tái)。

為了確保高性能在線處理和處理器負(fù)載加速，英特爾Agilex FPGA支持最新一代高性能處理器接口，包括PCIe Gen 5和CXL，并將成為首款采用Xeon可擴(kuò)展處理器的一致的高速緩存和內(nèi)存互聯(lián)結(jié)構(gòu)的FPGA。

Agilex FPGA 支持各個(gè)層級的內(nèi)存資源，包括通過專用接口提供的嵌入式內(nèi)存資源、封裝內(nèi)內(nèi)存和片外內(nèi)存。該層級結(jié)構(gòu)的第一層是嵌入式片上內(nèi)存，包括MLAB、塊RAM和eSRAM，每種內(nèi)存均可提供不同的容量，以滿足不同的處理需求。此外，英特爾在設(shè)計(jì)中還使用SIP技術(shù)將高帶寬內(nèi)存（HBM）直接集成至Agilex FPGA器件中，有助于縮減電路板尺寸和成本，簡化與降低電源需求。

另一個(gè)值得關(guān)注的重點(diǎn)是Agilex平臺(tái)還集成了eASIC技術(shù)。這種集成eASIC芯片定制技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)從FPGA到結(jié)構(gòu)化ASIC的遷移。換句話說，用戶可以利用eASIC自身具備的可復(fù)用 IP 的自定義邏輯連續(xù)體，在整個(gè)產(chǎn)品生命周期內(nèi)進(jìn)行靈活優(yōu)化，快速從FPGA轉(zhuǎn)移到ASIC。