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[導讀]11月18日,IFTD2020上,Intel發佈首款用於5G、人工智能、雲端與邊緣的eASIC N5X(結構化ASIC),同時發佈了最新的Intel開放式FPGA堆棧(Intel OFS)。

一波還未平息,一波再起,時隔一週,Intel繼續擴張其xPU陣營!

上回,筆者説道Intel正在利用xPU+oneAPI的超異構計算的形式延續摩爾定律。所謂xPU即為CPU+GPU+FPGA+其他加速器的異構計算,體現在數據中心的實際產品便是Xeon可擴展處理器+Xe獨立顯卡+AGILEX/STRATIX FPGA+SmartNIC加速器+ Movidius VPU。針對xPU此前Intel發佈了獨立服務器GPU和oneAPI Gold。

實際上,Intel的FPGA遠不是“單槍匹馬作戰”的單一產品,Intel在FPGA上其實是依次從FPGA、eASIC過渡到ASIC的全套解決方案,Intel稱這種獨特的方案為“定製邏輯連續體”,僅在FPGA上便是一個“小生態”。

11月18日,IFTD2020上,Intel發佈首款用於5G、人工智能、雲端與邊緣的eASIC N5X(結構化ASIC),同時發佈了最新的Intel開放式FPGA堆棧(Intel OFS),21ic中國電子網記者受邀參加此次發佈會。

eASIC究竟是什麼

FPGA和ASIC一直以來是半導體行業爭論不休的話題,甚至也頻繁出現一者將完全替代另一者的傳言。事實上,兩者的存在並不存在任何衝突。

誠然,ASIC在計算性能、功耗、可靠性、體積和製造成本上擁有一定優勢。但從底層來説,其內核執行外的任何算法都是凍結的,因此這就需要在流片上市之前進行頗為耗時的設計和測試,並且一旦流片算法和邏輯電路後都是無法修改的。所以ASIC設計通常是定製化,目的明確的。從側面來説,這就無形增加了前期的投入成本,即一次性工程費用(NRE)高,並且由於流片後無法修改所以不具備靈活性。

正因如此種種束縛,FPGA應運而生,可重複編程性加速了產品的上市時間,也因其自身的靈活性和適應性擁有了一席之地。不過FPGA相對ASIC來説,是利用數百萬個邏輯單元換取這種便利性的,相比來説價格很容易昂貴。但並不能因此就絕對説FPGA比ASIC貴,ASIC的一次性工程費用貴,流片量如果太小絕對是成本更高的。

所以在現階段,FPGA和ASIC是“分工明確”的,可編程FPGA主要針對實施與加速要求最苛刻的算法階段,直到算法已經非常成熟、並且最終確立下來之後,ASIC便可大面積實施在硬件之中。

既然明白FPGA和ASIC的定位,那麼這個eASIC究竟是什麼?eASIC又名為結構化ASIC,簡言之eASIC就是FPGA和ASIC的中間體,不過名字既然都只是ASIC加了e,相比來説還是更靠近ASIC的。

eASIC與ASIC最大的不同之處就在於在客户購買定製芯片後,還能夠通過重新編程將芯片不同部分重新連接從而完成新的任務。客户可以使用FPGA創建設計將固定佈局烘焙到單個設計掩模中,最終eASIC也將不再可編程,從而獲得近似ASIC的功耗性能。市場中還存在eFPGA這種產品,當然在使用上則會更靠近FPGA,主要是將ASIC進行片上連接,此處不進行詳細講解。

業界最強大的eASIC

縱覽Intel的eASIC之路,此前包括eASIC N2X/N3X/N3XS幾種產品。而本次發佈的eASIC N5X可謂是“天之驕子”,凝結了多項intel的創新成果,不負眾望地成為了業界最強大的eASIC。這款產品繼承了Agilex FPGA的硬核處理器系統、安全特性,支持Agilex FPGA用於管理啓動、身份驗證和防篡改特性的安全設備管理器,採用了Diamond Mesa SoC技術。


從參數來看,eASIC N5X使用了16nm製程,擁有8千萬個ASIC門,擁有225Mb雙端口存儲器,32Gbps收發器,包含一個四核Arm Cortex-A53硬處理器。

從性能來看,eASIC N5X相比AgilexFPGA核心功耗降低了50%,不僅有效減小了散熱,還支持客户在同樣散熱範圍內提升性能;相比ASIC,eASIC N5X又擁有更低的總體擁有成本,因為這款產品可以加快產品上市速度並顯著降低一次性工程費用。


這意味着什麼?要知道,Agilex FPGA系列可是intel的“心頭肉”,eASIC N5X的功耗就這麼輕鬆超越了。Agilex FPGA是第二代使用異構FPGA chiplet架構的產品,這是一種將多種製程技術、功能甚至供應商集成到一種封裝的技術。Agilex FPGA不僅採用了10nm SuperFin技術和改進的FPGA Hyperflex 架構,性能提升了高達 40%,功耗降低了高達 40%。其餘的,兩倍的數據速率,支持PCI Express Gen 5和CXL都能説明Intel對這款FPGA的厚望。


在設計方面,上文也有提及eASIC實際可以直接使用FPGA設計軟件進行設計。Intel這方面的軟件則是Quartus Prime,這款軟件提供了功耗優化工具,並通過全面的設計套件幫助輕鬆提升工作負載性能。

除此之外,FPGA本身的RTL或硬件語言在入門難度上非常高,開發者也可在oneAPI一體化平台上簡化CPU、GPU和 FPGA 的跨架構開發工作。oneAPI 支持使用Intel VTune Amplifier、Intel Advisor等工具進行軟件開發。之前筆者也曾介紹過oneAPI,其Gold版本將在今年12月正式交付。


FPGA、eASIC、ASIC怎麼抉擇?

Intel對於eASIC的定位是,比FPGA的單位成本更低、功耗更低,比標準單元ASIC的上市速度更快、一次性工程 (NRE) 費用更低。eASIC與ASIC都是定製類型的芯片,針對不同的應用場景,各有所長。當把FPGA可重複編程的功能去掉,可以獲得更小的晶片尺寸,來實現低功耗和更低的成本。

FPGA、eASIC、ASIC的一個連續生命週期的產品組合又稱為“定製邏輯連續體”,對於三種產品的定位分別是:FPGA擁有最快的上市速度和最高的靈活性;eASIC擁有出色的性價比,優化上市時間;ASIC擁有最高的性能和最低的功耗和成本。

對於不需FPGA可重複編程這種靈活性功能的客户來説,eASIC和ASIC都可以供客户選擇。eASIC不會是低功耗或低成本的最佳選擇,但它能幫客户實現從eASIC到ASIC的快速實現。FPGA、 eASIC和ASIC各有所長,客户可根據需求,如可重複編程、低功耗或低成本等功能來選擇不同的產品。


實際上,eASIC早在2006年就已被名字同為eASIC的公司推出,intel至少在2015年就開始使用eASIC定製Xeon。直到2018年7月,Intel宣佈收購小型芯片冠達快運香港有限公司eASIC,完善了FPGA到ASIC的過渡。

Intel的FPGA開發也開源了

在發佈eASIC的同時,Intel也交付了第二代FPGA平台軟件,這不僅讓eAISC/FPGA開發速度更快,也讓方便了軟件、硬件和應用開發人員進行開發。這就是在本次最新發布的Intel開放式FPGA開發堆棧(下文簡稱“Intel OFS”)。

Intel OFS提供標準接口和API,並擁有可擴展的硬件和可訪問的git源代碼庫的軟件框架。主板開發人員、原始設計製造商和客户都可利用標準接口的統一基礎設施開始FPGA硬件開發。應用開發人員可以通過基於Intel OFS的不同平台之間更強大的可移植性實現更高的開發回報。由於可以使用英特爾的開源和上游代碼,領先的開源軟件冠達快運香港有限公司不僅能根據現有的或新的結合提供CPU和GPU拓展支持,還能提供FPGA拓展支持,從而滿足客户需求。


在上次發佈的Xe獨立顯卡上,Intel優化了在Linux上的開發,實際上也是為了方便開源軟件的開發。OFS亦如此,為Linux內核提供定製化的軟硬件基礎設施,解決了軟硬件及應用開發人員面臨的許多痛點,包括開發FPGA設計(“拿來與定製”)所需的模塊化、可組合代碼,以及開源上游代碼,從而讓開源分銷商能夠為第三方和專有Intel OFS平台提供本地支持。

Intel買得起異構計算的單嗎?

行業著名芯片工程師、研究者曾表示,xPU的異構計算在佈局之中時,面臨“生態”這一課題,往往是10億美元量級的尾款。面臨這個問題的不僅是Intel也包括其他CPU、GPU、FPGA冠達快運香港有限公司。面對如此巨量的投入,Intel是否會有壓力?

事實上,從五年前開始,intel就早已反覆強調轉型為以數據為中心的企業,並早已加大了這方面的投入和佈局。目前,通過Intel推出的新產品來看,圍繞數據為中心的便是六大技術支柱,體現在實際產品中便是xPU+oneAPI的軟硬件生態超異構計算。

從財報上來看,2017財年Intel的總營收為628億美元,2019財年intel總營收為710億美元,實現了82億美元的營收增長。特別是在2019財年Q3數據中心的營收業務首次與PC業務營收達到了持平,僅一季度就實現了95億美元的營收。


反觀Intel在2020年Q1-Q3的財報,數據中心業務基本上能夠與與PC業務“五五開”。展望2020年全年,有望營收753億美元,同比增長5%。

從Q1-Q3,Intel出貨了第三代Xeon可擴展處理器、第二代傲騰持久內存、TLC 3D NAND固態盤、Stratix 10 NX FPGA、鋭炬Xe MAX獨立顯卡……還在近期發佈了Xe獨立顯卡架構、eASIC N5X……

體現在財報上的總收入這一數字,是扣除了研發和其他花費的資金的,Intel這家公司在研發中的投入可以説是有目共睹,佔比極大。所以在連續不斷的xPU產線研發和發佈新產品之中,仍然保持營收,説明intel至少目前是支撐的住異構計算這種鉅額費用的。


另外,要拿下異構計算這座大山的確需要非常大的投入資金,但正因為intel是從五年前便已開始佈下這個局,10億美元量級的尾款其實早就化整為零了,用一個比喻形容,就是分期付款。

再反觀整個行業,Intel是目前在異構計算上擁有最全產品線的,在硬件上擁有CPU、獨立GPU、FPGA、eASIC、ASIC、VPU、內存和存儲等,在軟件上擁有統一開發平台oneAPI。可以説intel是最接近超異構計算的,假若這位巨頭都消化不下10億量級的尾款,試問還有哪家企業能挑起異構計算的重擔?

不過,的確異構計算投入大、週期長,這不僅僅是Intel這一家企業的事,而是整個產業鏈所要考慮的事情。近兩年,Intel積極合作,在國內市場也一直非常“走心”。Intel曾明確表示,在中國,發展產業生態最重要的一點,是要真正紮根於本土的市場特點和用户需求。

在異構計算和生態建設上,Intel的產線越來越豐富,更多異構計算生態產品值得期待。

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