在數據即將成為核心資源的時代， 英特爾準備了這樣一個殺手锏

作為全球云計算領域的頂級峰會之一，2017 杭州云棲大會自然吸引了眾多的行業(yè)參與者。這其中，除了擁有主場地位的阿里巴巴及其下屬諸公司，最具存在感的當屬英特爾。作為本次大會唯一的戰(zhàn)略合作伙伴，英特爾以“以云端創(chuàng)新應對復雜需求”為口號，在多場論壇中充分介紹了自家在人工智能、云計算、大數據等核心領域的諸多技術優(yōu)勢。

其中，FPGA 技術作為英特爾反復強調的重點，成功地引起了雷鋒網的注意。

進軍云端創(chuàng)新，FPGA是英特爾的新武器

FPGA（Field Programmable Gate Array，現場可編程門陣列）從一個專門領域的技術名詞回歸到主流技術發(fā)展的視野，其實是近兩年的事情；尤其是隨著整個行業(yè)對相關數據處理速度的要求大幅度提升，FPGA 的重要性被整個行業(yè)重新認識。

在涉足 FPGA 之前，英特爾在數據處理上其實一直有著自己的優(yōu)勢，它的英特爾?至強?處理器系列一直被眾多云服務提供商，以及擁有私有云或自有IT基礎設施的用戶所認可和采用。然而隨著數據的爆發(fā)式增長，形形色色的數據中心必須要承載復雜計算，處理更大的數據集，如進行大數據分析、機器學習等挑戰(zhàn)性工作。這時候，數據中心如果還僅配備通用處理器，將難以兼顧多樣化且日趨復雜的數據處理需求了。

這時候，英特爾就把目光轉向了 FPGA。

從名稱來看，FPGA 的一大重要技術特征，就是能在使用過程中對芯片硬件結構進行重新編程，以便適應新的任務，這種靈活的、可定制的特性是現有的CPU 和 GPU 都無法具備的。采用 FPGA 技術，用戶可以先將芯片進行編程，用于機器學習；再將芯片重新編程，以用于邏輯計算……同一塊芯片可以實現不同的自定義功能；如此一來，就可以大大提升運行特定任務時的數據處理能力。

根據報道，瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學院（ETH Zurich）開展的一系列研究發(fā)現，基于FPGA的某些應用加速相比 CPU/GPU 實現方案，其在單位功耗上的性能（即能效）可提升 25 倍，而時延則縮短 50 到 75 倍。FPGA同時還能實現出色的 I/O 集成，比如說 PCIe、DDR4 SDRAM 接口、高速以太網等。此外，在單芯片上實現高能效的同時，英特爾還可以利用FPGA在板卡級別提供較低功耗的系統(tǒng)方案。

更重要的是，基于 FPGA 的加速器，可部署在幾乎所有類型的服務器中。

于是在 2015 年 6 月，英特爾宣布以167 億美元的價格收購全球第二大 FPGA 廠商 Altera，這是英特爾成立以來涉及金額最大的一筆收購。當時英特爾高層稱這次收購讓英特爾與 Altera 的產品在數據中心內能更好地滿足客戶的需求，即兼顧更高的性能和更低的功耗。比如說，Altera的FPGA產品可以與英特爾至強處理器形成高度定制化、整合型的產品。

英特爾讓FPGA技術煥發(fā)新枝

英特爾完成對 Altera 的收購之后，后者就發(fā)展成了英特爾可編程解決方案事業(yè)部 (Programmable Solution Group)，專注于 5G 無線通訊、雷達和航天、網絡、云計算、智慧城市和無人駕駛車輛等領域的 FPGA 業(yè)務；與此同時，英特爾也在積極地把處理器方面的先進技術和市場優(yōu)勢引入到Altera的產品中。

在 Altera 原有的高、中、低三條產品線布局的基礎上，英特爾提出為不同客戶需求提供不同類型的異構架構方案，包括分立的 CPU+FPGA、封裝集成的 CPU+FPGA、以及將CPU和FPGA進行管芯集成的方案。

這些方案的異構優(yōu)勢明顯，特別是通過集成，不但能夠降低延時，提高性能和效能，更可以統(tǒng)一CPU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構支持。

收購 Altera 后不久，英特爾首次公開演示了基于英特爾14 納米三柵極制程的 Stratix 10 FPGA 中集成的先進收發(fā)器技術，它可以支持1Gbps-56 Gbps 的數據速率；與前代產品相比，它在實現性能翻番的同時，還減少了 70% 的能耗。

該產品的一個亮點，是使用異構系統(tǒng)級封裝（SiP）方法來集成收發(fā)器，收發(fā)器塊和單片 FPGA 內核架構被英特爾的嵌入式多管芯互聯(lián)橋接技術連接在一起，構成了SiP（System In the Package，封裝內系統(tǒng)） FPGA。相對而言，這種FPGA的優(yōu)勢在于利用封裝內部互聯(lián)代替了片外通信，使通信帶寬可以提升 10 倍，從而有效解決了傳統(tǒng) FPGA 的瓶頸。

英特爾目前已擁有 Stratix 10、Arria 10 、Cyclone 10、MAX 10等全系列 FPGA產品，并針對各種不同應用提供優(yōu)化的成本、功耗和性能組合。

FPGA 助力云計算加速

除了發(fā)力FPGA技術本身，英特爾作為服務器芯片領域的領先廠商，一直都在推動FPGA 與 CPU 整合的同時，積極擴展其在云計算和數據中心領域的應用。

英特爾可編程解決方案事業(yè)部成立以來，已陸續(xù)推出多款可與英特爾處理器協(xié)作的FPGA芯片產品，包括上文提及的Arria 10，Stratix 10及Cyclone 10系列。其中Arria 10 FPGA已經全面量產，并逐步部署在英特爾眾多合作伙伴的系統(tǒng)和解決方案中，為它們帶來數據處理速度上的大幅提升。就在本月，英特爾又公布了基于Arria 10 FPGA的英特爾可編程加速卡產品，這必將引發(fā)FPGA加速業(yè)務的更快速增長。

在利用FPGA加速數據中心應用的實際效果上，我們可以看到一些非常顯著的例子，比如說SWARM64 在使用英特爾的 FPGA 加速技術后，實時數據分析速度可提高 5 倍以上，傳統(tǒng)數據倉儲提高 2 倍以上，存儲壓縮提高 3 倍以上。

而在基因測序中，博德研究所利用英特爾FPGA 的高性能并行處理能力，可以將 Pair-HMM 算法能力提高 50 倍，總業(yè)務效率提高 1.2倍。此外，Attala System公司也利用英特爾FPGA技術，將存儲系統(tǒng)數據訪問遲延降低了57%-72%。

然而，很多用戶可能會在看到FPGA帶來的卓越能效的同時，質疑它是否易于使用。傳統(tǒng)的FPGA開發(fā)確實需要開發(fā)者具備深層次的硬件知識，這曾使系統(tǒng)和軟件開發(fā)者遇到過不少使用FPGA的困難。而英特爾已通過各種努力大大簡化了開發(fā)流程，其中特別值得一提的，是推出了面向英特爾至強處理器和FPGA的加速堆棧，內含驅動程序、應用程序接口 (API) 和 FPGA 接口管理器。搭配加速庫和開發(fā)工具，該加速堆棧可節(jié)省開發(fā)人員的時間，支持在多個英特爾 FPGA 平臺中重復使用代碼，并能在英特爾 FPGA 和英特爾至強處理器之間提供性能優(yōu)化的連接。

為進一步簡化 FPGA 在服務器中的使用，英特爾最新公布的、基于Arria 10 FPGA的英特爾可編程加速卡產品支持內嵌和旁路加速，具備 FPGA 加速的強大性能和多功能性，也具有最小尺寸外形、低功耗和被動式散熱器，可更為方便地部署在各種服務器中。

在本次杭州云棲大會現場，英特爾就使用基于Arria 10 FPGA的英特爾可編程加速卡產品，進行了執(zhí)行大量圖像識別任務的演示。該任務在 CPU 單獨承載的情況下，能達到100% 的 CPU 占有率，而在英特爾可編程加速卡的輔助下，CPU的占有率穩(wěn)定在40%左右，耗電功率僅為 40 余瓦。

英特爾 FPGA 的未來：釋放更多潛力

除了已經得到廣泛應用的 Arria 10 FPGA 芯片及其相關的可編程加速卡，英特爾 FPGA 芯片的高端之作 Startix 10 可編程加速卡，也在本次杭州云棲大會上亮相。實際上，在此前舉行的 2017 年高效能芯片大會上，微軟已宣布選擇英特爾 Stratix 10 FPGA ，作為其新的深度學習加速平臺的關鍵硬件加速器。

用戶和合作伙伴的認可，也在進一步激發(fā)英特爾在FPGA 領域的探索步伐。

在上月舉辦的“英特爾精尖制造日”上，英特爾就率先展示了采用自有 10 納米（10nm）FinFET 制程技術制造的 FPGA 產品（代號為“Falcon Mesa”），它們未來將被用于滿足數據中心、無線 5G、網絡功能虛擬化（NFV）、汽車、工業(yè)和軍事/航天應用的加速和計算需求。

Falcon Mesa FPGA 產品家族將支持 112Gbps 串行收發(fā)器鏈路，以及包括 PCI Express Gen4 x16 在內的最新外圍設備互聯(lián)技術，可面向下一代數據中心，提供高達每通道 16GT/s 的數據傳輸率。此外，它還將支持第二代嵌入式多管芯互聯(lián)橋接技術（EMIB）封裝技術、下一代高帶寬內存（HBM）和第二代 HyperFlex 架構等多項尖端技術。

正如英特爾可編程解決方案事業(yè)部亞太區(qū)副總裁莊秉翰（Hans Chuang）在本次云棲大會上所言：在人工智能和大數據時代，數十億設備正在時刻產生海量數據；而無論是在數據分析領域，還是在云計算領域，英特爾 FPGA都能扮演重要角色，幫助收集和分析這些海量數據，使服務提供商、數據中心、云計算和存儲系統(tǒng)能夠有效地管理這些數據，并使網絡能夠快速向用戶提供、分享大量的數據和內容。

由此可以想見，在“數據將成為核心資源”的未來，海量數據將對數據中心、云計算、數據終端等諸多層面產生新的挑戰(zhàn)和需求，但毋庸置疑的是，FPGA 的潛力越是在這種情形下，越能得到更為充分的釋放。想來，英特爾的 FPGA 技術，也必將是隨著數據洪流水漲船高、大有可為。

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