ASDF：精細粒度異構助力創(chuàng )新， Altera將進(jìn)入大FPGA時(shí)代

　　“數十個(gè)合作伙伴，數百家客戶(hù)，數千計的工程師，這三股強大的力量構成了Altera SoC大的生態(tài)系統，也是Altera在SoC領(lǐng)域投入5年所獲得的成就。”Altera公司嵌入式處理營(yíng)銷(xiāo)資深總監Chris Balough在一年一度的Altera SoC開(kāi)發(fā)者大會(huì )上自豪地表示。

　　圖1 Altera公司嵌入式處理營(yíng)銷(xiāo)資深總監Chris Balough

　　總結過(guò)去，展望未來(lái)：雙重挑戰，發(fā)展SoC可成半導體業(yè)重要創(chuàng )新點(diǎn)

　　Altera公司嵌入式處理工程副總裁Ty Garibay解讀了SoC FPGA在行業(yè)遭遇雙重挑戰下凸顯的優(yōu)勢：技術(shù)角度來(lái)看，海量數據的產(chǎn)生與物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，要求處理器芯片的性能要不斷提高，而當制程進(jìn)入14nm、10nm,設計越發(fā)復雜，創(chuàng )新已經(jīng)變成一件很難的事情;經(jīng)濟角度來(lái)講，節點(diǎn)越小，所需要的開(kāi)發(fā)成本就越高，隨著(zhù)制程的進(jìn)步，ROI(投入產(chǎn)出比)遭受著(zhù)越來(lái)越大的壓力(如圖3)。所以無(wú)論從技術(shù)門(mén)檻來(lái)講，還是成本門(mén)檻來(lái)講，都需要可靠、可信賴(lài)的半導體廠(chǎng)商來(lái)滿(mǎn)足市場(chǎng)不斷提高的性能需求。

　　圖2 Altera公司嵌入式處理工程副總裁Ty Garibay

　　Garibay表示，每個(gè)芯片需要3到5億的投資，如果這么做細分市場(chǎng)很難得到理想的投入產(chǎn)出比，但FPGA SoC卻可將不同用戶(hù)的業(yè)務(wù)整合在一起來(lái)驅動(dòng)未來(lái)產(chǎn)品的發(fā)展。

　　在產(chǎn)品規劃方面，除邏輯容量、軟件工具的發(fā)展之外，不斷地根據市場(chǎng)要求添加新的硬件組件，從而達到更好的契合也是未來(lái)SoC產(chǎn)品的重要發(fā)展道路。“在過(guò)去五年里，邏輯處理容量增長(cháng)了十倍，也有了更好的浮點(diǎn)DSP，我們會(huì )不斷增加一些新的系統屬性，更好實(shí)現FPGA的契合。”Garibay說(shuō)。

　　Altera把眾多基于A(yíng)ltera SoC的應用放到了現場(chǎng)，例如北京文通圖像識別中心的方案、臺灣立普思的3D鼠標/手勢控制模型、無(wú)人機演示、支持多軸的工業(yè)機械手、高速電動(dòng)車(chē)馬達等，Garibay還著(zhù)重提到了奧迪公司已經(jīng)在量產(chǎn)車(chē)中選用Altera SoC FPGA實(shí)現導航自動(dòng)駕駛功能，技術(shù)音頻處理和人機互動(dòng)等屬性的整合。

　　圖5 眾記者參觀(guān)基于A(yíng)ltera SoC的現場(chǎng)演示

　　Altera產(chǎn)品路線(xiàn)圖曝光，精細粒度成創(chuàng )新亮點(diǎn)，大FPGA時(shí)代將來(lái)臨

　　會(huì )上，Altera曝光了未來(lái)的產(chǎn)品路線(xiàn)圖(如圖6)，雖然沒(méi)有披露更多產(chǎn)品細節，但是還是傳達了三個(gè)重要信息：

　　1.Altera下一代全線(xiàn)產(chǎn)品規劃皆為SoC，分別為高端的Sequoia系列，采用英特爾10nm制程;面向終端應用的中端Oak系列，采用英特爾14nm工藝;面向消費電子市場(chǎng)的低端Cedar系列，采用臺積電的低功耗制程。從路線(xiàn)圖上我們可以看到SoC FPGA在A(yíng)ltera產(chǎn)品布局上舉足輕重的位置，代表著(zhù)Altera投資未來(lái)的眼光。

　　2.精細粒度異構架構可以突破現有異構架構的功耗/性能瓶頸

　　如圖7所示，從單核處理器到多核處理器再到異構處理器，功耗/性能指標一直在上升，但在異構處理器階段遭遇瓶頸，功耗/性能停滯不前，Garibay指出精細粒度異構計算可以突破瓶頸。何為精細粒度異構呢?Altera給出了這樣的說(shuō)法：我們的FPGA每個(gè)硬件單元都可配置的，對于功耗較大的過(guò)程，可以把它細分為小的過(guò)程，繼而根據算法的需求做優(yōu)化、微調，調到最適合的算法硬件。這比標準同樣的GPU性能功耗比更高。因為通用的GPU是固定死的硬件，無(wú)法調。Altera的硬件可以通過(guò)OpenCL這樣的編程語(yǔ)言來(lái)微調硬件?？偨Y起來(lái)，精細粒度異構計算的核心價(jià)值在于可以讓客戶(hù)在硬件上客戶(hù)定制，最優(yōu)化的實(shí)現客戶(hù)想要的功能。

　　至于未來(lái)FPGA與SoC的關(guān)系,Chris Balough指出，進(jìn)入精細粒度異構計算，FPGA與SoC的概念未來(lái)將統一，“FPGA加上什么處理器”的說(shuō)法在未來(lái)會(huì )消失，就如同如今的CPU一樣，不會(huì )把里面的內存控制器、內存、程序接受器分別拿出來(lái)說(shuō)，CPU里面就包含這些東西 。Chris Balough強調說(shuō)：“FPGA是SoC的整個(gè)產(chǎn)品，除了芯片之外有一整套OpenCL，統一的開(kāi)發(fā)環(huán)境。大的FPGA未來(lái)會(huì )永遠存在的，我們會(huì )進(jìn)一步推動(dòng)EDA統一設計的流程。大的FPGA用在軍事通信這樣來(lái)替代ASIC或者ASSP ”Chris Balough說(shuō)。

　　3.英特爾承諾支持Altera的產(chǎn)品路線(xiàn)圖

　　自英特爾收購Altera的消息傳開(kāi)后，坊間對兩家攜手究竟會(huì )合力拓展何種新業(yè)務(wù)的猜測從來(lái)沒(méi)有間斷過(guò)，會(huì )上媒體也是一再追問(wèn)，Altera對此卻表現得諱莫如深，這也成為本次會(huì )議頗為神秘的部分。不過(guò)Chris Balough也表示，英特爾曾公開(kāi)表示過(guò)會(huì )支持Altera的產(chǎn)品路線(xiàn)圖發(fā)展，支持Altera SoC中繼續采用ARM架構。ARM現有產(chǎn)品市場(chǎng)份額增長(cháng)勢頭非常好，Altera選擇ARM主要是因為客戶(hù)的需求，本身對架構并無(wú)偏好，市場(chǎng)需求是什么核，Altera就選什么核。

　　“之前剛發(fā)了第一款的基于A(yíng)9的產(chǎn)品，未來(lái)有64位的ARM架構，是V8的架構，會(huì )選擇A53的ARM架構。從路線(xiàn)圖上看，我們的開(kāi)發(fā)很多是基于V8的64位架構，這些新技術(shù)會(huì )給客戶(hù)帶來(lái)很多價(jià)值”Chris Balough說(shuō)。

　　精細計算對摩爾定律是補充還是破壞

　　半導體行業(yè)按摩爾定律發(fā)展至今，對性能要求高的那部分市場(chǎng)(如數據、物聯(lián)網(wǎng))而言，隨著(zhù)制程不斷縮小，設計和生產(chǎn)費用都將成指數式增長(cháng)。而異構計算則從架構的角度出發(fā)，為計算進(jìn)步提供了創(chuàng )新方式。實(shí)際上異構計算本身并不是新鮮產(chǎn)物，不過(guò)一直以來(lái)探討的主要是基于CPU和GPU之間的協(xié)同計算，FPGA的加入則為異構計算賦予了更靈活的適應能力。從SoC到異構SoC，再到存在著(zhù)無(wú)限種可能，通過(guò)不斷改善內部硬件契合甚至更換核、能編程實(shí)現連細節都高度定制的大FPGA概念，Altera的SoC路線(xiàn)發(fā)展正是圍繞著(zhù)異構計算來(lái)不斷改進(jìn)。

　　相比于競爭對手，Altera在概念宣傳包裝方面一向行事低調，此次發(fā)布SoC路線(xiàn)藍圖，也是公司積累幾年的爆發(fā)。Altera路上也面臨不少挑戰，首先，他勢均力敵的競爭對手Xilinx從來(lái)都沒(méi)放松過(guò);其次，無(wú)論誰(shuí)家的產(chǎn)品，目前SoC FPGA這個(gè)新貴平臺對廣大普通工程師來(lái)說(shuō)技術(shù)門(mén)檻高。通過(guò)Chris Balough的介紹我們可以看出，想實(shí)現精細粒度帶來(lái)的好處，OpenCL編程是不可少的，對開(kāi)發(fā)人員算法要求也是比較高的。那么如果不會(huì )OpenCL的用戶(hù)呢?是不是要承擔異構開(kāi)發(fā)要求“多面手”的壓力?雖然OpenCL對于異構開(kāi)發(fā)和并行處理有天然的優(yōu)勢，但是目前掌握OpenCL的多數為軟件工程師，這對于SoC FPGA的主戰場(chǎng)通信領(lǐng)域自然不必憂(yōu)慮，因為通信領(lǐng)域的軟件工程師人數是硬件工程師的10倍。但是別忘了Altera還將推出面向終端應用的中端Oak系列和面向消費電子市場(chǎng)的低端Cedar系列呢。所以Altera盡快完善出更好更統一的開(kāi)發(fā)工具以及眾硬件工程師及時(shí)惡補，更新知識結構才是王道。