2015：物聯(lián)網(wǎng)引領(lǐng)芯片廠(chǎng)商創(chuàng )新

　　摘要：通過(guò)對部分行業(yè)有代表性的芯片和軟件廠(chǎng)商的走訪(fǎng)，折射了2015年及今后物聯(lián)網(wǎng)芯片的技術(shù)和產(chǎn)品走勢。包括從技術(shù)上，不可忽略大數據的分析/云計算。對部分芯片廠(chǎng)商來(lái)說(shuō)，實(shí)際上更關(guān)心每個(gè)小數據的收集是否安全、可靠。另外，物聯(lián)網(wǎng)對傳感器、傳感器樞紐芯片等提出了挑戰，并需要良好的能量采集芯片，也需要系統更加節能。物聯(lián)網(wǎng)的熱門(mén)研發(fā)領(lǐng)域是可穿戴，需要芯片在性能、小型化等方面進(jìn)行創(chuàng )新。

　　IoT帶來(lái)兩個(gè)意想不到的趨勢

　　Altera公司總裁、CEO兼董事會(huì )主席John Daane：當我們展望2015年時(shí)，發(fā)現很多支持可編程邏輯業(yè)界發(fā)展的動(dòng)向最近幾年仍然在發(fā)揮作用。ASIC/ASSP設計成本螺旋式上升，功能也越來(lái)越不確定，大批量應用的機會(huì )越來(lái)越少。但是也出現了新動(dòng)態(tài)。

　　在這一點(diǎn)，可能您希望看到的三個(gè)字母是物聯(lián)網(wǎng)(IoT)——2014年談?wù)撟疃嗟臒嵩~。人們努力讓IoT投入使用而帶來(lái)的兩個(gè)意想不到的結果將成為業(yè)界發(fā)展趨勢，我們相信，這對于FPGA是很大的機遇。

　　但是網(wǎng)絡(luò )數據量增加會(huì )產(chǎn)生兩個(gè)很大的問(wèn)題。每一個(gè)問(wèn)題都會(huì )成為發(fā)展趨勢。

　　● 數據中心加速

　　第一個(gè)問(wèn)題以及第一種發(fā)展趨勢是在數據中心內部，在硬件中完成的任務(wù)被遷移到運行在服務(wù)器的軟件中。問(wèn)題是，有時(shí)多線(xiàn)程等方法也不能使軟件很快地運行，這時(shí)您不得不通過(guò)硬件加速來(lái)幫助服務(wù)器滿(mǎn)足任務(wù)的實(shí)時(shí)要求。

　　經(jīng)驗表明，非常靈活而且具有很強并行處理能力的FPGA能夠提高吞吐量，縮短響應時(shí)間，提高能效，與服務(wù)器CPU很好地配合工作。這一趨勢的關(guān)鍵點(diǎn)是讓FPGA編程和調試能夠在數據中心編程人員熟悉的語(yǔ)言環(huán)境中完成。例如，Altera的OpenCL工具支持編程人員采用高級語(yǔ)言開(kāi)發(fā)并調試完整的CPU與FPGA相接口的平臺。

　　● 豐富了網(wǎng)絡(luò )

　　另一個(gè)問(wèn)題是目前的互聯(lián)網(wǎng)并不適合IoT，主要有三方面的原因。首先，互聯(lián)網(wǎng)邊緣的WiFi和以太網(wǎng)連接需要大功率接口，而且這類(lèi)接口要一直保持工作。而這恰恰與所有這些微型傳感器和執行器——物體，所要求的相反。因此，出現了各種各樣的短距離低功耗網(wǎng)絡(luò )連接物體和集線(xiàn)器，從而連接至WiFi或者以太網(wǎng)。

　　其次，某些設備的任務(wù)要求有保證的最大時(shí)延，例如，電機控制。如果您把控制器放到互聯(lián)網(wǎng)的另一端，您怎樣保證數據包能夠按時(shí)到達每一端? 最終，答案是新網(wǎng)絡(luò )功能，例如，時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò )所開(kāi)發(fā)的功能。但是現在，這些控制環(huán)要求在IoT集線(xiàn)器中提供某些實(shí)時(shí)計算功能。

　　第三，黑客肯定會(huì )攻擊IoT。

　　在共享資源——網(wǎng)絡(luò )和數據中心投資，與最終設備投資之間搖擺不定。今天，我們看到發(fā)展勢頭又從智能手機的爆炸式發(fā)展回到了4G開(kāi)發(fā)投入、建立IoT外圍網(wǎng)絡(luò )及其智能集線(xiàn)器、以及數據中心的發(fā)展。這些將是2015出現的發(fā)展趨勢，Altera會(huì )提供支持。

　　軟件是促成客戶(hù)使用FPGA的主要原因

　　Xilinx亞太區銷(xiāo)售及市場(chǎng)副總裁楊飛：以前FPGA廠(chǎng)商的目標是填補ASIC和ASSP空白，現在我們說(shuō)取代ASIC、ASSP，而我們現在要做的就是，不僅是硬件，還有軟件方面，讓系統級的架構工程師和軟件編程工程師也能夠直接使用FPGA。

　　因為FPGA到今天為止，從來(lái)不乏風(fēng)險投資公司的介入，但是三十多年以來(lái)，初創(chuàng )企業(yè)總是做不成、長(cháng)不大，根本原因和最大挑戰不是說(shuō)FPGA公司是硬件公司，因為我們根本是一家搞軟件的公司。FPGA就是把硬件變成軟件，所以Xilinx除了在工藝、器件架構以外，最大的投入是EDA軟件。我們從根本上來(lái)說(shuō)，就是一家半導體公司扮演了EDA軟件公司的角色。沒(méi)有EDA軟件和支持服務(wù)的團隊，光有器件是賣(mài)不動(dòng)的，因為沒(méi)人能用。而軟件只是象征性地收很低的費用，也有免費的。所以我們的這個(gè)業(yè)務(wù)模式是一種很特殊的業(yè)務(wù)模式：從軟件里來(lái)獲取利潤，軟件是促成更多的客戶(hù)可以來(lái)使用FPGA技術(shù)的原因。

　　為此，Xilinx做了SDx系列軟件，服務(wù)于SDR(軟件定義的無(wú)線(xiàn)電)、SDNet(軟件定義的網(wǎng)絡(luò ))、MFV(網(wǎng)絡(luò )功能虛擬化)等。其實(shí)本質(zhì)上，就是把硬件給虛擬化、軟件化。從前硬件廠(chǎng)商就是做硬件的，我們把硬件變成了全可編程的，既軟件可編程，又硬件可編程，就是把FPGA虛擬化和簡(jiǎn)化了。所以我們現在及今后做的很多工作和工具，都是跟SDx有關(guān)，x可能是SDNet，專(zhuān)門(mén)做包處理的一種軟件開(kāi)發(fā)的環(huán)境。不久前，Xilinx還發(fā)布了SDAccel，即軟件定義加速的開(kāi)發(fā)環(huán)境，面向數據中心、云計算，以及超級計算機用的功能，諸如石油、天然氣、DNA排序、藥物開(kāi)發(fā)、加密等敏感應用。

　　SDAccel推出的原因，是數據中心等需要更佳的單位功耗和性能來(lái)解決問(wèn)題。而傳統的服務(wù)器往往通過(guò)CPU/GPU。但隨著(zhù)成本、功耗越來(lái)越高，FPGA的優(yōu)勢脫穎而出。例如，今天的數據中心架構是x86服務(wù)器+PCI Express總線(xiàn)，通過(guò)FPGA的PCI Express加速卡，可以使一些算法的單位功耗性能提高22~25倍，時(shí)延降低50~75倍!

　　SDAccel的特點(diǎn)是無(wú)需FPGA硬件高手，就可使熟悉數據中心服務(wù)器開(kāi)發(fā)環(huán)境的軟件工程師，可以按照他們習慣的模式來(lái)開(kāi)發(fā)相關(guān)的解決方案。