英特爾將至強CPU與FPGA加以結合，推出新一代至強芯片

就在昨天，英特爾公司悄然發(fā)布了一項面向其芯片產(chǎn)品線的大規(guī)模升級方案：芯片巨頭將在近期推出一款將CPU與FPGA加以集成的新型至強處理器。這款至強+FPGA的新組合將接入標準E5 LGA2011插槽，而集成于其中的FPGA將允許每塊芯片以定制化方式處理特定工作負載。這一舉措顯然是希望能夠讓英特爾x86架構成為一套更加出色的廣泛計算平臺，從而應對各企業(yè)與數(shù)據(jù)中心內多種工作負載的具體需求，同時拉攏那些原本希望從英偉達等廠商手中購買GPGPU加速方案的客戶。

這款至強+FPGA的新方案也給帶來了新的爭論，即英特爾公司是否會考慮將FPGA引入其消費級酷睿芯片產(chǎn)品線——表面上看可能性不大，但必須承認下一代游戲與應用程序將在FPGA對核心處理進行提速后實現(xiàn)更理想的運行效果。我們將在文章結尾對此進行討論。

FPGA究竟是什么？

首先讓我們聊聊現(xiàn)場可編程門陣列（簡稱FPGA）。顧名思義，F(xiàn)PGA在本質上相當于一塊能夠在制造完成之后進行多次重新編程的空白芯片。除了極少數(shù)例外情況，我們計算機設備當中所使用的每一塊芯片幾乎都采取硬編碼機制（即在制造時即完成編碼），從而執(zhí)行單一功能集。我們的CPU只能夠完成英特爾或者AMD為其制定的設計處理目標。大家無法將自己的CPU轉化為GPU。但在FPGA方面，我們能夠對其進行編碼以執(zhí)行特定功能集（例如圖形處理），而后再重新編程以處理其它類型的工作負載（例如某些數(shù)據(jù)庫操作任務）。

FPGA的主要優(yōu)勢除了這種可定制性之外，還體現(xiàn)在其卓越的性能表現(xiàn)方面。雖然ASIC是目前為止針對特定工作負載時速度最快且執(zhí)行效率最高的處理方案（因此我們常用它來進行比特幣挖掘），但FPGA在速度與執(zhí)行效率方面同樣相當出色。盡管尚無法在這兩方面與ASIC相比肩，不過在犧牲部分速度表現(xiàn)的同時大家也能夠獲得可重復編程這一獨特能力（再次強調，ASIC在制造時即設定了所能處理的負載類型）。

為什么英特爾要將至強CPU與FPGA加以結合？

在過去幾年當中，開始有越來越多的處理任務由本地轉向云環(huán)境之下，而英特爾公司在服務器市場上的霸主地位也因此受到多方面沖擊。至強芯片確實是一款出色的綜合性處理方案，但在部分情況下，我們需要利用其它更具針對性的芯片來處理某些特定工作負載。正是因為如此，人們才開始在Web服務器上考慮使用價格更親民且功耗更低的芯片（其根本不需要價格昂貴而發(fā)熱量驚人的至強芯片），而GPGPU加速方案則能夠實現(xiàn)強大的并行處理效果（因此在超級計算機當中占據(jù)著一席之地）。對于這些特定工作負載，英特爾公司陸續(xù)推出了輕量級凌動處理器、面向超級計算機的50核心至強Phi協(xié)處理器以及如今的至強+FPGA（目前其似乎尚未獲得正式名稱）。

英特爾公司還指出，其單在去年一年就已經(jīng)推出了“15款定制化產(chǎn)品”以滿足Facebook以及Ebay等大型客戶的實際需要（可能就是以至強為基礎對緩存大小以及計算核心數(shù)量進行微調），而今年年內其還將推出超過30款定制化設計方案。

那么此次公布的新型至強+FPGA產(chǎn)品的目標何在？根據(jù)英特爾方面的說法：“FPGA能夠為我們的客戶提供可編程且性能出色的加速能力，從而顯著提升其關鍵性算法的執(zhí)行效率。”英特爾公司預計至強+FPGA能夠實現(xiàn)高達20倍的性能提升效果（當然，只限于那些在FPGA之上執(zhí)行而非依賴傳統(tǒng)x86 CPU的代碼——不過很明顯，由于瓶頸的消除其整體速度提升也將相當可觀）。而另一大優(yōu)勢則在于工作負載變更——如果大家對自身的關鍵性算法進行了調整，或者整個企業(yè)的業(yè)務核心發(fā)生了轉移，那么FPGA仍然能夠切實起效、確保我們無需為此而購置新的硬件平臺。

就目前的技術指標而言，我們只能給出有限的猜測性結論。Altera公司很可能負責相關FPGA芯片的制造工作，其與英特爾一直保持著密切的合作關系（其還是首批獲準使用英特爾公司嚴密保護下的芯片代工設施的廠商之一）。FPGA一般擁有龐大的體積（這是使用可編程門所承受的必要之痛），而LGA2011至強E5芯片封裝基板上顯然沒有太多閑置空間，因此我們猜測雙方會想辦法努力壓縮FPGA的體積。另外，如果FPGA能夠利用至強的自身緩存，及其它部分低級資源，那么可能會在一定程度上提升空間利用效率。（英特爾方面指出，至強與FPGA之間存在一個‘低延遲一致性接口’，但并沒有具體加以解釋。）

芯片巨頭并沒有給出這款產(chǎn)品的具體價格或者上市時間——不過很明顯，其絕不是款便宜的產(chǎn)品（目前頂級至強處理器仍然要價數(shù)千美元）。英特爾公司希望這套至強+FPGA方案能夠讓企業(yè)客戶意識到x86架構仍然大有可為，從而阻止他們轉移至競爭對手的架構方案當中（例如英偉達打造的Tesla GPGPU）。畢竟從實現(xiàn)難度方面看，對一小部分關鍵性代碼進行重寫以將其運行在FPGA之上，要遠比利用OpenCL重寫整款應用程序簡單得多。

最后讓我們再做點思維拓展：如果這次小小的至強+FPGS實驗性嘗試獲得了成功，那么我們何時才會見到酷睿+FPGA芯片的面世呢？抑或是GPU+FPGA產(chǎn)品？想象一下，如果我們可以將游戲引擎的核心部分交由FPGA負責打理——例如物理引擎或者敵人AI，或者是將PC設備操作系統(tǒng)的核心部分由FPGA運算，簡直想想就讓人激動。