隨著人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)等應(yīng)用場(chǎng)景快速發(fā)展演進(jìn),對(duì)芯片的算力、安全性等性能也提出了更高的訴求。
據(jù)市場(chǎng)調(diào)研公司SemicoResearch數(shù)據(jù)顯示,2018年FPGA市值約為10億美元,在未來(lái)4年內(nèi),人工智能應(yīng)用中FPGA的市場(chǎng)規(guī)模將增長(zhǎng)3倍,達(dá)到52億美元。
要知道,這個(gè)增長(zhǎng)是非常驚人的,畢竟過(guò)去多年,F(xiàn)PGA市場(chǎng)的年均增長(zhǎng)率也才8%-9%。
目前人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)等應(yīng)用場(chǎng)景的FPGA市場(chǎng)約為25%,預(yù)計(jì)兩年后將達(dá)到72%。如此龐大的市場(chǎng)空間,則需要性能更高、更加靈活的AI 算法解決方案。
近日,基于FPGA的硬件加速器件和高性能嵌入式FPGA(eFPGA)半導(dǎo)體知識(shí)產(chǎn)權(quán)(IP)領(lǐng)導(dǎo)性企業(yè)Achronix半導(dǎo)體公司推出了創(chuàng)新性的Speedster7tFPGA系列產(chǎn)品,以其具有ASIC一樣的性能,還可簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)的FPGA靈活性和增強(qiáng)功能,從而遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越傳統(tǒng)的FPGA解決方案。
為何要研發(fā)Speedster7tFPGA?
據(jù)了解,Speedster7t FPGA系列產(chǎn)品是專(zhuān)為高帶寬應(yīng)用進(jìn)行設(shè)計(jì),具有一個(gè)革命性的全新二維片上網(wǎng)絡(luò)(2DNoC),以及一個(gè)高密度全新機(jī)器學(xué)習(xí)處理器(MLP)模塊陣列。
該產(chǎn)品的誕生也極具有創(chuàng)新性和針對(duì)性,Achronix CEO 羅伯特·布萊克先生在接受芯師爺?shù)牟稍L時(shí)表示,在研發(fā)該芯片時(shí),主要考慮三方面問(wèn)題:
其一,如何擁有高效的計(jì)算力;
其二,如何將數(shù)據(jù)更快速、高效地傳輸?shù)接?jì)算單元中;
其三,如何實(shí)現(xiàn)高效,豐富存儲(chǔ)緩存能力。而這也是目前數(shù)據(jù)加速所需架構(gòu)的三大要素。
Achronix CEO 羅伯特·布萊克
在演講過(guò)程中,我們能完全感受到羅伯特·布萊克先生的興奮。
他認(rèn)為,Speedster7t是Achronix歷史上最令人激動(dòng)的發(fā)布,代表了建立在四個(gè)架構(gòu)代系的硬件和軟件開(kāi)發(fā)基礎(chǔ)上的創(chuàng)新和積淀,以及與我們領(lǐng)先客戶(hù)之間的密切合作。
Speedster7t是靈活的FPGA技術(shù)與ASIC核心效率的融合,從而提供了一個(gè)全新的‘FPGA+’芯片品類(lèi),它們可以將高性能技術(shù)的極限大大提升。
“在開(kāi)發(fā)Speedster7t系列FPGA的產(chǎn)品過(guò)程中,Achronix的工程團(tuán)隊(duì)完全重新構(gòu)想了整個(gè)FPGA架構(gòu),以平衡片上處理、互連和外部輸入輸出接口(I/ O),以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)密集型應(yīng)用吞吐量的最大化,這些應(yīng)用場(chǎng)景可見(jiàn)于那些基于邊緣和基于服務(wù)器的AI/ML應(yīng)用、網(wǎng)絡(luò)處理和存儲(chǔ)?!绷_伯特·布萊克先生補(bǔ)充道。
采用7nm制程工藝,集結(jié)五大優(yōu)勢(shì)
Speedster7t FPGA系列產(chǎn)品經(jīng)歷3年研發(fā),將采用臺(tái)積電7nmFinFET工藝,是專(zhuān)為接收來(lái)自多個(gè)高速來(lái)源的大量數(shù)據(jù)而設(shè)計(jì)。整體來(lái)看,該產(chǎn)品主要有五大優(yōu)勢(shì):
1、較高的計(jì)算性能
AI、ML需要矢量矩陣乘法,而傳統(tǒng)的帶DSP模塊的FPGA性能有限,需要消耗額外邏輯和Memory資源,而新的MLP是高度可配置的、計(jì)算密集型的單元模塊,可支持4到24位的整點(diǎn)格式和高效的浮點(diǎn)模式,包括對(duì)TensorFlow的16位格式的支持,以及可使每個(gè)MLP的計(jì)算引擎加倍的增壓塊浮點(diǎn)格式的直接支持。它可提供業(yè)界最高的、基于FPGA的計(jì)算密度。
2、支持超高存儲(chǔ)帶寬
值得一提的是,Speedster7t器件是唯一支持GDDR6存儲(chǔ)器的FPGA,該類(lèi)存儲(chǔ)器是具有最高帶寬的外部存儲(chǔ)器件。每個(gè)GDDR6存儲(chǔ)控制器都能夠支持512 Gbps的帶寬,Speedster7t器件中有多達(dá)8個(gè)GDDR6控制器,可以支持4 Tbps的GDDR6累加帶寬,并且以很小的成本就可提供與基于HBM的FPGA等效存儲(chǔ)帶寬。
3、高速接口
除了這種超高的存儲(chǔ)帶寬,Speedster7t器件還包括業(yè)界最高性能的接口端口,以支持極高帶寬的數(shù)據(jù)流。Speedster7t器件擁有多達(dá)72個(gè)業(yè)界最高性能的SerDes,可以達(dá)到1到112 Gbps的速度。還有帶有前向糾錯(cuò)(FEC)的硬件400G以太網(wǎng)MAC,支持4x 100G和8x 50G的配置,以及每個(gè)控制器有8個(gè)或16個(gè)通道的硬件PCI Express Gen5控制器。
4、超高效率的數(shù)據(jù)移動(dòng)
Speedster7t高速I(mǎi)/O和存儲(chǔ)器端口的產(chǎn)生的數(shù)萬(wàn)兆比特?cái)?shù)據(jù)很容易淹沒(méi)傳統(tǒng)FPGA面向比特位的可編程互連邏輯陣列的路由容量,而Speedster7t架構(gòu)包含一個(gè)可橫跨和垂直跨越FPGA邏輯陣列的創(chuàng)新性的、高帶寬的二維片上網(wǎng)絡(luò)(NOC),它們連接到所有FPGA的高速數(shù)據(jù)和存儲(chǔ)器接口。
它們就像疊加在FPGA互連這個(gè)城市街道系統(tǒng)上的空中高速公路網(wǎng)絡(luò)一樣,Speedster7t的NoC支持片上處理引擎之間所需的高帶寬通信。NoC中的每一行或每一列都可作為兩個(gè)256位實(shí)現(xiàn),單向的、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的AXI通道,工作頻率為2Ghz,同時(shí)可為每個(gè)方向提供512 Gbps的數(shù)據(jù)流量。
值得注意的是,NOC的外圍(如下圖的大黃框)是購(gòu)買(mǎi)的IP,但是內(nèi)部的構(gòu)造是Achronix自己設(shè)計(jì)的。
通過(guò)在Speedster中實(shí)現(xiàn)專(zhuān)用二維NoC,極大地簡(jiǎn)化了高速數(shù)據(jù)移動(dòng),并確保數(shù)據(jù)流可以輕松地定向到整個(gè)FPGA結(jié)構(gòu)中的任何自定義處理引擎。
最重要的是,NOC消除了傳統(tǒng)FPGA使用可編程路由和邏輯查找表資源在整個(gè)FPGA中移動(dòng)數(shù)據(jù)流中出現(xiàn)的擁塞和性能瓶頸。這種高性能網(wǎng)絡(luò)不僅可以提高Speedster7t FPGA的總帶寬容量,還可以在降低功耗的同時(shí)提高有效LUT容量。
5、高安全性
Speedster7t FPGA系列產(chǎn)品在面臨第三方攻擊的威脅時(shí),可用最先進(jìn)的比特流安全保護(hù)功能應(yīng)對(duì),它們具有的多層防御能力可保護(hù)比特流的保密性和完整性。
密鑰是基于防篡改物理不可克隆技術(shù)(PUF)進(jìn)行加密,比特流由256位的AES-GCM加密算法進(jìn)行加密和驗(yàn)證。為了防止來(lái)自旁側(cè)信道的攻擊,比特流被分段,每個(gè)數(shù)據(jù)段使用單獨(dú)導(dǎo)出的密鑰,且解密硬件采用差分功率分析(DPA)計(jì)數(shù)器措施。
此外,2048位RSA公鑰認(rèn)證協(xié)議被用來(lái)激活解密和認(rèn)證硬件。用戶(hù)可以確信的是當(dāng)他們加載其安全比特流時(shí),它是預(yù)期的配置,這是因?yàn)樗淹ㄟ^(guò)RSA公鑰、AES-GCM私鑰和CRC校驗(yàn)進(jìn)行了身份驗(yàn)證。
產(chǎn)品多樣化,商業(yè)模式創(chuàng)新化
截至目前,針對(duì)不同的市場(chǎng)應(yīng)用需求,Achronix還推出了Speedster7t系列的“家族”化產(chǎn)品,如7t750、7t1500、7t3000、7t6000。
但該系列的產(chǎn)品還未正式上市,預(yù)計(jì)2019年第四季度會(huì)提供樣片及加速卡,2020年正式量產(chǎn)。其中,Speedcore eFPGA基于臺(tái)積電16FF +工藝產(chǎn)品已經(jīng)實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。
為了更好的為公司硬件產(chǎn)品提供支持,Achronix專(zhuān)門(mén)推出了配套的ACE軟件設(shè)計(jì)工具,該軟件與業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)的邏輯綜合工具配合使用,支持FPGA設(shè)計(jì)人員便捷地將其設(shè)計(jì)映射到Speedster7t FPGA、Speedcore eFPGA和Speedchip FPGAchiplets產(chǎn)品中。值得一提的是,該ACE軟件設(shè)計(jì)工具可直接獲得。
據(jù)了解,Achronix是唯一一家既提供獨(dú)立FPGA芯片又提供Speedcore嵌入式FPGA(eFPGA)半導(dǎo)體知識(shí)產(chǎn)權(quán)(IP)的公司。
Achronix在Speedcore eFPGA IP中采用了與Speedster7t FPGA中使用的同一種技術(shù),可支持從Speedster7t FPGA到ASIC的無(wú)縫轉(zhuǎn)換。
事實(shí)上,自2017年以來(lái),Achronix便開(kāi)始向客戶(hù)提供Speedcore IP,它是唯一嵌入到大容量ASIC中的eFPGA技術(shù)。
在SoC中嵌入SpeedcoreIP技術(shù)將帶來(lái)多項(xiàng)好處,與一款獨(dú)立的FPGA芯片相比,Speedcore IP將提供高出10倍的帶寬、低100倍的延遲、低10倍的成本、功耗降低50%等優(yōu)點(diǎn)。
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原文標(biāo)題:動(dòng)態(tài) | 歷經(jīng)3年!推出7nm FPGA,這家企業(yè)讓人震驚……
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