AI時(shí)代FPGA將何去何從

作為一種可編程邏輯器件，FPGA在20多年中已從電子設(shè)計(jì)的外圍器件逐漸演變?yōu)閿?shù)字系統(tǒng)的核心。隨著云計(jì)算、人工智能時(shí)代的到來(lái)，善長(zhǎng)數(shù)據(jù)并行計(jì)算、更加靈活和低延遲的FPGA將受到更多關(guān)注，F(xiàn)PGA廠商也推出不同類型的解決方案加以應(yīng)對(duì)——異構(gòu)計(jì)算平臺(tái)化、IP化，F(xiàn)PGA正展現(xiàn)出更多新的發(fā)展趨勢(shì)。

AI應(yīng)用驅(qū)動(dòng)，F(xiàn)PGA市場(chǎng)快速增長(zhǎng)

云計(jì)算、人工智能的應(yīng)用發(fā)展，對(duì)芯片的計(jì)算力提出了更高要求，F(xiàn)PGA可以同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)并行和任務(wù)并行計(jì)算，具備更大的靈活性。很多使用通用處理器或ASIC難以實(shí)現(xiàn)的底層硬件控制操作，利用FPGA可以很方便的實(shí)現(xiàn)。因此，近年來(lái)FPGA受到越來(lái)越多的關(guān)注和應(yīng)用。

“AI推斷需求的指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，需要特定架構(gòu)(DSA)以達(dá)到最大效率。然而，與AI創(chuàng)新的速度相比，固定硬件的DSA開(kāi)發(fā)周期太過(guò)漫長(zhǎng)?！?a href="http://www.ttokpm.com/tags/賽靈思/" target="_blank">賽靈思細(xì)分核心市場(chǎng)副總裁Yousef Khalilollahi指出：“FPGA提供靈活應(yīng)變的平臺(tái)，支持可隨時(shí)根據(jù)最新AI技術(shù)定制的DSA，而且無(wú)需坐等漫長(zhǎng)硅片研發(fā)周期?！?/p>

在此情況下，近年來(lái)，F(xiàn)PGA的應(yīng)用領(lǐng)域正在不斷拓展，市場(chǎng)規(guī)模也不斷地?cái)U(kuò)大。研調(diào)機(jī)構(gòu)Global Market Insights的報(bào)告稱，2022年FPGA規(guī)模有望超過(guò)99.8億美元。根據(jù)Semico Research預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)，僅在人工智能應(yīng)用中，F(xiàn)PGA的市場(chǎng)規(guī)模將在未來(lái)4年內(nèi)增長(zhǎng)3倍，達(dá)到52億美元。

平臺(tái)化+異構(gòu)整合，F(xiàn)PGA展現(xiàn)新趨勢(shì)

面對(duì)拓展越來(lái)越大的應(yīng)用趨勢(shì)，各FPGA廠商也在推出不同的解決方案。這些解決方案反應(yīng)了不同廠商面對(duì)新市場(chǎng)需求形成不同的發(fā)展策略，也對(duì)FPGA的技術(shù)趨勢(shì)形成了不同影響。

對(duì)于英特爾來(lái)說(shuō)，對(duì)FPGA的發(fā)展策略則是更多地整合多種處理器產(chǎn)品組合，面向云端提供綜合性計(jì)算解決方案。

Achronix公司近日發(fā)布的Speedster7t代表了另一種發(fā)展趨勢(shì)，其力圖將FPGA的可編程性與ASIC的布線結(jié)構(gòu)和計(jì)算引擎相結(jié)合，通過(guò)對(duì)二維片上網(wǎng)絡(luò)(2D NoC)，以及高密度全新機(jī)器學(xué)習(xí)處理器(MLP)模塊陣列等的集成，簡(jiǎn)化用戶設(shè)計(jì)，以應(yīng)對(duì)人工智能機(jī)器學(xué)習(xí)應(yīng)用的需求?！癝peedster7t系統(tǒng)將數(shù)學(xué)函數(shù)、存儲(chǔ)器和可編程性整合到機(jī)器學(xué)習(xí)處理器中，再結(jié)合交叉芯片、二維NoC結(jié)構(gòu)，可以確保整個(gè)器件中數(shù)據(jù)自由流動(dòng)。而在人工智能機(jī)器學(xué)習(xí)應(yīng)用中，內(nèi)存帶寬就是一切，Speedster7t在這方面可以提供令人印象深刻的性能指標(biāo)。” Achronix Semiconductor總裁兼首席執(zhí)行官Robert Blake表示。

嵌入式FPGA，市場(chǎng)接受程度提升

不同于CPU、GPU等在移動(dòng)時(shí)代快速實(shí)現(xiàn)IP化的發(fā)展趨勢(shì)，嵌入式FPGA(eFPGA)一直沒(méi)有成為市場(chǎng)的主流。不過(guò)，隨著云計(jì)算、人工智能時(shí)代的到來(lái)，eFPGA的市場(chǎng)接受度有望進(jìn)一步提升，成為FPGA產(chǎn)品的主要發(fā)展趨勢(shì)之一。

對(duì)此，Robert Blake指出，F(xiàn)PGA是可以有效地實(shí)現(xiàn)IP化。eFPGA具有易用性，大大降低了使用門檻，可以快速滿足用戶多樣化需求，無(wú)論是系統(tǒng)級(jí)還是芯片級(jí)都可以支持。這在人工智能時(shí)代非常重要，特別是在邊緣側(cè)計(jì)算中受到歡迎。事實(shí)上，現(xiàn)在有很多用戶在尋問(wèn)FPGA的IP問(wèn)題。相信未來(lái)將有越來(lái)越多IP化的FPGA被應(yīng)用。

eFPGA是指將一個(gè)或多個(gè)FPGA以IP的形式嵌入ASIC、ASSP或SoC等芯片中的發(fā)展模式。eFPGA的特色之一是易用性，它降低了客戶集成FPGA加速器的門檻。客戶通過(guò)定制其邏輯、Ram和Dsp資源需求，可以將多個(gè)IP進(jìn)行組合，以便為特定的應(yīng)用創(chuàng)建優(yōu)化的可編程功能。這種發(fā)展模式在CPU和GPU等芯片中被大量使用，但在FPGA上卻沒(méi)有得到推廣。

“eFPGA是令人興奮的新工具，它使SoC架構(gòu)師可以使他們的芯片更加靈活和可重新配置?！?Robert Blake表示。