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英特尔与赛灵思竞争背后:FPGA芯片进入黄金时代
来源:damugemaoyi.com  阅读量:1455

看到聚光灯被盗,赛勒斯不得不一再强调赛勒斯是一直拥有最大数量的现场可编程门阵列产品的一方,这同样适用于所有三代产品。赛勒斯公司总裁兼首席执行官维克托彭(Victor Peng)表示:“英特尔表示,他们拥有最先进的技术或最大数量的现场可编程门阵列产品,但我们仍需要看看它真正交付的是什么样的产品,以及能否按时交付给客户。”。

为什么“世界上最大的现场可编程门阵列”如此受重视?一方面,超大型现场可编程门阵列在硬件仿真和原型验证中起着不可或缺的作用。另一方面,“世界最大”的称号是芯片制造商的“肌肉”。谁能生产这种超大芯片,谁就代表谁拥有更复杂的系统集成和封装技术。

塞林一直在使用堆叠硅互连技术。这种技术的主要缺点是多个硅片之间存在硬边界,只能通过硅夹层互连和通信,导致明显的性能瓶颈。在最新的ACAP设备中,塞林斯得到了特别的优化。

相比之下,英特尔采用以嵌入式多芯片互连桥接(EMIB)为核心的3D系统级封装技术。EMIB没有引入额外的硅内插器,只是在两个硅片边缘的接合处增加了一个硅桥(Silicon Bridge),并在硅片边缘重新定制输入/输出引脚,以匹配桥接标准。

与SSI相比,EMIB系统的制造复杂度大大降低,硅片之间的传输延迟也大大降低。EMIB在Stratix 10现场可编程逻辑阵列中使用已久。例如,在MX系列中,所谓的“3D堆叠高带宽存储器”(HBM)是通过EMIB集成的。此外,EMIB还可用于连接各种收发器单元。这种基于EMIB的异构集成方法非常灵活。通过芯片组,同一个FPGA硅片可以与不同的收发器、总线模块、中央处理器等单元相匹配,实现片上系统的快速集成。

新发布的Stratix10 GX 10M是英特尔首次通过EMIB将两个大型的可编程逻辑器件与510万个可编程逻辑单元连接起来,从而形成一个超大型的可编程逻辑器件。这两个现场可编程门阵列芯片通过 EMIB数据接口互连,每个接口都可以提供2千兆位的吞吐量,因此系统的整体通信吞吐量高达6.5千兆位。

这种产品的发布实际上是英特尔宣布EM1B技术可以完全处理超高带宽的吞吐量要求。此外,英特尔FPGA使用的3D系统级封装技术对芯片成品率也有更高的要求,因为虽然它是一种异构集成技术,但依赖于每个组件的同构。

也就是说,现场可编程门阵列本身就是一块硅片,但是从Stratix10 GX 10M可以看出,EMIB也可以作为同质芯片的互连技术,从而大大扩展了这种3D封装技术的适用性。此外,单个FPGA硅片已经可以实现510万个逻辑单元,这也表明英特尔14纳米工艺非常成熟。EMIB并不是英特尔唯一的3D连接和集成技术。2019年初,英特尔宣布了一项名为Foveros的“真正”3D封装技术,该技术可以将中央处理器、图形处理器、动态随机存取存储器、高速缓存等功能单元的芯片堆叠起来,然后将其封装成一个完整的芯片。福韦罗斯将用于英特尔基于10纳米技术的莱克菲尔德。

尽管许多人将可编程门阵列与可用于实现各种应用的构建块进行比较,但制造可编程门阵列本身并不像构建块那么简单。“世界上最大的现场可编程门阵列”的竞争需要竞争各方的科技实力。两国之间的竞争将不可避免地导致更大、更复杂的可编程门阵列器件的发展,从而推动更新、更好技术的出现,加速行业的更快进步。昔兰尼早就感受到了英特尔“2”软平台带来的威胁。在过去的两年里,塞林一直在进行平台转型,以满足当前的市场需求。2019年10月初,首次在美国XDF发布的Vitis软硬件集成开发工具平台标志着赛勒斯突破了硬件和现场可编程门阵列的框架,正在逐步转型为一家涵盖硬件和软件的全方位平台公司。

Victor Peng说:“随着计算需求呈指数级增长,工程师和科学家经常受到固定芯片性能的限制。塞琳娜创造了一个优秀的设计环境

威迪不是昔兰尼软件开发的第一步。早在2015年,SDAccel开发环境就开始在软件领域测试水。这次维提斯建筑花了五年时间,有1000多名工程师参加。从软件架构的角度来看,Vitis目标平台在底部,核心开发工具包和加速库在中间,Vitis人工智能开发工具在顶部。威迪斯自己的开发工具包包括8个库,包括视觉和图像、金融和400个功能。此外,它还支持软件开发人员常用的C语言和其他语言。

平台的重要组件维塔利赛(Vitalisai)也开放下载,更多人工智能和机器学习的开发者将能够拥有Celeste高性能自适应计算平台的加速。威蒂斯人工智能是专门为帮助人工智能开发者而设计的。它不仅支持主流的M1开发框架,如张量流(TensorFlow)、PyTorch、Caffe等。而且还集成了各种人工智能开发套件,以支持深入学习这种DSA应用架构的DNN处理器。"威迪可以集中所有功能,就像人工智能的集成器一样."塞林斯说,“威迪斯主要针对软件。它集成了云、边缘和端点。从量化、编译到硬件集成,只需几分钟。”据介绍,威迪斯包括多种应用的型号,如自动驾驶辅助系统(ADAS/AD)、视频监控、机器人和数据中心。

只要用户有一定程度的基本概念和硬件知识,他们就可以根据软件或算法代码自动适应和使用昔兰尼硬件架构,而无需深入了解。例如,在使用张量流(TensorFlow)框架设计和训练神经网络时,开发者可以通过Vitis人工智能优化张量流模型,然后编译优化后的人工智能模型,将其放入可编程DNN处理器中,并在FPGA上操作。

“数据中心优先”是使赛勒斯希望在硬件和软件开发之间建立一个渠道,并打开其在软件领域的受欢迎程度的核心策略。威迪可以让用户从复杂的硬件专业知识中解放出来,降低可编程门阵列的阈值。软件工程师、人工智能科学家和其他开发人员都可以从Celeste灵活的硬件加速优势中受益。硬件开发人员也可以使用该平台与软件工程师更好地合作,以提高效率。

此外,赛勒斯还建立了一个开发者网站,提供各种实用教学、最新技术文章等。开发者也可以通过网站寻求专家的帮助。随着从设备到平台的成功转型及其对异构计算加速平台驱动行业建设的贡献,塞林斯保持了其行业地位:现场可编程门阵列(FPGA)拥有世界上最大的市场份额。

英特尔也将数据中心视为重中之重,也不甘示弱。在引入高性能的现场可编程门阵列芯片的同时,也加快了现场可编程门阵列芯片集成到自己的中央处理器中,以增强其在计算领域与GPU的竞争力。2018年,英特尔的数据中心实现了约330亿美元的收入,接近传统个人电脑业务约370亿美元的收入,标志着其向数据中心业务转型的后半期的开始。

03模式差异

FPGA和GPU具有相同的并行处理能力。在硬件固定的情况下,允许用户根据需要的逻辑功能快速烧坏电路,升级软件实现定制的硬件功能,最终实现灵活、可重构、低延迟的加速。研究报告显示,2025年全球FPGA市场预计将达到约125.21亿美元。

未来,现场可编程门阵列的市场增量将集中在自驱动、数据中心和工业智能自动化上。汽车预计将在2025年成为最大的应用领域,占29%,数据中心和行业预计分别占13%和19%。

在人工智能有望主宰数据中心世界的时候,塞琳娜和英特尔显然不想错过这个机会。在过去的一年里,这两大巨头不仅建立了以数据中心为重点的类似战略布局,还在可编程门阵列规划上走上了更加多元化的道路,通过差异化的游戏方式转换积累实力。

作为现场可编程门阵列的创始人,尽管塞林西长期占据着现场可编程门阵列行业的领先地位,但他并没有固步自封,而是开始尝试摘下现场可编程门阵列供应商的帽子进行改造

2018年初,Celins宣布推出“优先考虑数据中心、加快核心市场发展、推动灵活计算”三大战略。与此同时,它发布了革命性的产品范思哲和阿尔维奥加速卡,开始向基于平台的公司转型。ACAP是高度模块化和可扩展的,可以达到CPU和GPU无法比拟的性能和功耗比。可以说,ACAP是塞林人颠覆性的新招牌。

在这个新框架下,Celins发布了业界首款使用TSMC 7纳米技术的ACAP加速平台Versal系列和Alveo系列人工智能加速卡,加速了Celins的转型。

当然,赛勒斯并不是唯一一家在数据中心的广阔市场上看到现场可编程门阵列的公司。英特尔公司,长期以来梦寐以求的现场可编程门阵列,很快就进入了办公室。两者都有。独立芯片和加速器齐飞自行研发和购买,以迅速获得市场地位。2015年,英特尔以迄今为止最大的167亿美元收购了“第二大”现场可编程逻辑器件领域奥特拉(Altera),并成立了现场可编程逻辑器件业务部门PSG分部。

收购Altera后,英特尔将把领先的现场可编程门阵列技术与自己的中央处理器、图形处理器及其他技术和资产相结合,从而开辟新的高增长细分市场。从2016年到2017年,英特尔PSG的收入持续增长,得益于工业、军事和汽车领域的增长,以及数据中心市场及其28纳米、20纳米和14纳米工艺产品的增长。2018年,英特尔PSG的收入为21.23亿美元,同比增长11.6%。

与《意外发现》对可编程门阵列的长期关注不同,英特尔正在打一场组合拳击。它的现场可编程门阵列器件有两个主要用途:一是用现场可编程门阵列作为独立的在线加速器对大量非结构化数据进行预处理;第二是将现场可编程门阵列作为离线加速器放在中央处理器旁边,以帮助英特尔至强处理器和加速软件堆栈无缝协作。通过这两项战略,英特尔扩大了其可编程门阵列加速平台产品组合,并与其他产品合作,解决边缘到云和网络转型以及企业应用中的复杂问题。

2018年7月,英特尔将可编程解决方案部门总经理丹尼尔麦克纳马拉(Dan)从副总裁提升为高级副总裁。去年12月,英特尔在中国重庆成立了一个现场可编程逻辑器件创新中心,为现场可编程逻辑器件业务添加代码。后来,英特尔发布了其多种创新能力的大师敏捷可编程门阵列(Agilex FPGA),以创造具有超快速度和超高灵活性的解决方案。

为了稳定实力和扩大市场份额,赛勒斯和英特尔除了升级自己的技术和产品阵列之外,还在并购和生态系统建设方面加大了火力。2018年7月,两家公司几乎同时宣布了新的收购。

2018年7月13日,英特尔宣布,拥有约120名员工的美国结构化专用集成电路供应商eASIC将并入PSG。EASIC探索了一条在可编程门阵列和专用集成电路的高性能优势结构化专用集成电路产品之间的折中之路。据说性能功耗更接近专用集成电路,成本仅为标准电池的1/2左右。

通过收购eASIC,英特尔扩大了其PSG芯片组合,进一步优化性能和功耗,并通过实现从现场可编程门阵列到结构化专用集成电路的低成本转换,有效缩短了产品上市时间,降低了开发成本。2018年7月18日,就在英特尔收购eASIC五天后,赛勒斯收购沈剑科技的消息传出。

沈剑科技成立于2016年,是中国人工智能芯片领域最着名的独角兽之一。它最初选择的芯片方案是昔兰尼的现场可编程门阵列。昔兰尼也是其早期投资者和重要合作伙伴。收购沈剑将进一步增强昔兰尼在工程技术方面的研发实力,并帮助其在广阔的中国市场深化培育。

除了eASIC和沈健之外,在以色列创建企业服务器和存储连接方案的网络设备供应商Mellanox也成为巨人的“烫手山芋”。从2018年11月到2019年1月底,有传言称赛勒斯、微软和英特尔相继竞标,但在3月,“半路杀了程金曜”的英伟达豪(Yingweidahao)最终斥资69亿美元拦截胡小玲。

就生态系统而言,英国和西班牙之间的竞争也如火如荼。根据高德纳的报告,全球云服务市场在过去的一年里高速发展,服务提供商向巨人靠拢。云服务行业一直占据主导地位

这些超级云计算数据中心已经成为竞争对手。目前,赛勒斯已经在人工智能生态布局中拥有亚马逊AWS、阿里、百度、华为等大客户,并与这些合作伙伴共同推出了FaaS(FPGA as a Service)云服务等新服务。英特尔也没有输。例如,微软在其数据中心部署了约250,000个现场可编程逻辑器件,在其定制硬件加速器项目脑电波项目中选择了英特尔的Stratix 10现场可编程逻辑器件。

04未来展望

目前,赛勒斯和英特尔的现场可编程门阵列市场正在相互竞争,胜负难分。鉴于双方的优势,可以预测,双方将在未来很长一段时间内进行激烈的竞争。

从通信市场的角度来看,下一波显着的增长势头应该来自5G部署,预计在2019年至2020年达到峰值。英特尔先后推出5G数据机芯片,赛勒斯也发布了其全可编程射频系统芯片,以迎接5G时代。双方都有各自的优势。

英特尔以99%的市场份额主导全球服务器芯片市场,形成规模优势。它可以将Altera的现场可编程门阵列芯片集成到服务器处理器中,进一步帮助现场可编程门阵列在数据中心终端市场获得市场份额。赛勒斯在制造技术方面比英特尔强一年多,这就是为什么它赢得了包括亚马逊和百度在内的大型云客户的订单。

目前,英特尔除了在营销和规模上的优势之外,与赛勒斯这样的集成电路设计师相比,还可以在未来的价格战中有所作为,从服务器芯片中获得丰厚利润,投资于现场可编程门阵列业务,通过低价销售扩大市场份额。

除了双方之间的竞争,他们还不得不共同面对日益崛起的专用集成电路的威胁。与现场可编程门阵列相比,专用集成电路在性能和生产价格上具有更多优势。世界五大数据中心中有一半以上自行开发专用集成电路。这一趋势将对英特尔和赛勒斯数据中心的业务构成威胁。赛勒斯和英特尔开发了完全不同的产品策略。

赛勒斯继续向大规模系统的单一芯片发展。同时,它还设计了一个以太网智能网卡。通过收购以太网网卡工厂Solarflare,涉足下游,专注于计算、网络和存储三大硬件加速领域的FPGA优势,强调产品在数据中心多种场景中的应用。

英特尔专注于如何利用现场可编程门阵列来增强中央处理器的不足。英特尔通过补充中央处理器、现场可编程门阵列、美孚EyeQ芯片以及5G和网络的大部分关键技术,在自动驾驶领域形成了一套完整的端到端解决方案。手持FPGA、eASIC和ASIC是三大利器。英特尔通过使用中央处理器-现场可编程门阵列混合设备和两轮驱动方法来创建可编程加速卡等产品,在数据中心、网络和物联网领域推广其以数据为中心的业务。

05 Conclusion

FPGA以可重构、高效、低延迟、低成本的优势,满足了各种新兴市场对更加灵活的硬件资源的需求。从独立的单一硬件个体到与其他硬件协同工作的系统化整体解决方案,现场可编程门阵列(FPGA)的应用边界不断扩大,在半导体市场上逐渐扮演着更加重要的角色。

塞勒斯和英特尔作为现场可编程门阵列领域最核心的两大玩家,引领着现场可编程门阵列从技术到应用的未来方向。通过一步一步的竞争,他们将把现场可编程门阵列引向黄金时代。

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