探秘Intel PSG：加大投資，“FPGA+”聯接云和物

　　這幾天，2016年英特爾信息技術峰會(IDF 2016)正如火如荼地進行。期間首次亮相了英特爾SoC FPGA開發者論壇(ISDF)，此活動聚焦英特爾可編程解決方案事業部(PSG，前身為Altera公司)及其SoC FPGA技術。英特爾首席執行官(CEO)科再奇登臺發表主題演講，并向觀眾展示了英特爾品牌的14納米Stratix 10 FPGA(如下圖)。

　　這激動人心的一刻來之不易。此前，Altera已有14納米Stratix的規劃，去年12月28日Altera與Intel正式聯姻后，經過磨合，這一產品才得以出爐。

　　從Altera角度看，這一收購對Altera的用戶而言意味著什么?目前的發展方向如何?最重要的是：FPGA和SoC FPGA能否在英特爾站穩腳步?

　　在此讓我們切換一下場景，回到今年的7月28日，Altera團隊合并后在北京第一次舉辦的新聞發布會。

　　投資驅動增長

　　Intel最新的愿景是智能計算與互聯更強。PSG產品營銷總監Patrick Dorsey解讀CEO科再奇的講話，看到了加大投入、提高營收、FPGA很重要等關鍵詞。

　　因為FPGA在“云和數據中心”和“物體和設備”的良性循環中無處不在。具體地，Intel的架構叫IA，在此市場產品當中，FPGA也是存在的。“我們分析過，既有IA(Intel架構)，也有FPGA的市場，大概有80%的重疊。”例如有客戶已經用FPGA和IA做到5G系統中，光網絡是另外一個例子，PSG是光網絡市場占有率第一的FPGA供應商，我們已經有能力把光跟FPGA進行直連光網絡，光網絡是另外一個例子，我們是光網絡市場占有率第一的FPGA供應商，我們已經有能力把光跟FPGA進行直連。對于云和數據中心來說，80%的FPGA是來自于Altera的。這部分的FPGA主要是來做一些加速和分析的應用。實際上，在IoT(物聯網)市場里面，以前FPGA更多是工廠自動化，現在在汽車的應用領域，PSG也在做相應的一些開發。汽車的潛力很大，例如，預計在2020年手機數據量會在1GB，對于汽車來講是400GB。要完成這樣巨大的數據傳輸和數據處理需要FPGA做一個加速。

　　過去在汽車市場實際上已經出貨了5500多萬片Intel FPGA。在無線和通信的市場，有95%以上的蜂窩電話呼叫和數據是通過Intel FPGA進行處理。在云計算市場，Intel FPGA有80%的市場份額。

　　如今FPGA同時實現了靈活性和高效率。芯片融合帶來了互聯、加速、可伸縮性等優勢。例如汽車領域，摩爾定律已慢下來，藍色線是芯片的性能趨勢，因此需要新的方法提升性能(黃色線)，例如異構計算來填補這個落差，同時需要靈活性和安全。具體地，在一些新型號的汽車里面，我們的代碼行數是一億行。第一個挑戰是關于性能的挑戰，在汽車或者其他的應用里，我們看到對性能需求的要求越來越高，但同時對功耗的要求也是越來越嚴苛。因為本身它的體積和散熱都會受到很大的限制，尤其是像汽車這類產品，或者其他電池供電的設備里面。我們一方面對性能的要求越來越高，同時，功耗又不能隨著需求再繼續往上提升。同樣還有安全和保密。這也是為什么Intel購買Altera的原因。需要把FPGA和處理器方案整合起來。

　　汽車應用基本分為三大類：感知;把采集回來的數據進行計算;對相應的計算結果采取措施和動作。用戶通常會把安全和大數據用處理器來做，FPGA更多地被用到感知和數據加速。希望通過“處理器+FPGA”可以完成得更好。

　　何時采用“FPGA+CPU”?

　　通常一大塊是分立的CPU+分立的FPGA。現在市場上我們已經有很多這樣的產品，或者是板子。第二大塊是合封的，叫做封裝集成的CPU或FPGA。這個產品今天也是已經在發售了。將來還會有集成在同一個硅片上的處理器和FPGA(注，筆者猜測，將是集成了ARM Cortex-A53等處理器核，組成異構計算架構的Stratix 10 PSoC)。

　　那么，從分立到封裝集成、到管芯集成，每瓦性能能提高多少?可以看到，最基本的功耗會用在驅動I/O上，距離越遠，花在驅動I/O上的功耗就會很大。目前來看，分立大概有30%的功耗會花在驅動I/O上。如果合封在一起，估計會減少15%。如果再進一步封裝，到一個硅片里，可能還會帶來額外5%功耗的降低。

　　但更加有意思的是什么呢?當我的FPGA跟CPU，或者其他的東西合封，設計到同一個硅片里面去，我的架構可能會發生一些變化，不再像以前設計的片到片的架構，可能會變得更加靈活，可能會更加適合于某一個應用，更加貼合你的應用就會省掉更多的功耗，50%、80%，……可能會跟具體的應用場景密切相關。

　　值得說明的是，PSG會給用戶提供不同的解決方案和選擇，并不是一定要去做合封。也許在某些場景，例如批量不是很大的部分工業應用，工程師更喜歡分立的方案。而大批量時，封裝集成或硅片集成更有優勢。

　　未來1/3云服務器中會用到Altera FPGA

　　回到數據中心上，PSG預測在2020年有1/3的云服務的供應商，在它的產品里面會用到FPGA，包括中國的云服務供應商的用戶。對于數據中心的用戶，實際上無論從工具的角度，還是從“FPGA+ CPU”集成，PSG部門將會提供更好的帶寬和功效，為服務器用戶提供更好的產品。

　　有幾個關鍵點，第一會幫助服務器設計者或用戶更好、更簡單地使用我們的產品。第二，性能上追求高帶寬、低延時。

　　為此需要提高兩點：1.開發者的體驗;2.提升帶寬。PSG部門正在朝這兩方面進行更多的投資

　　在今年，2016年Intel的PSG就已經增加了30%的工程人員。在一些特定的領域，比如高速收發器領域，工程人員資源投入增加了一倍。

　　四大投資方向

　　1.Stratix 10。是第一個在Intel 14納米工藝上生產的高端產品。Patrick拿出了一個Stratix 10的機械測試芯片，這個是多硅片封裝的芯片，這里面有多個硅片。圍繞在大芯片——FPGA周圍的小芯片可以是DRAM或其他芯片。這個DRAM會采用HBM的RAM把它封裝集成在里面，解決對存儲卡高帶寬、低延時的需求。

　　除了DRAM之外，我們可以封裝集成其他的芯片，比如ADC或DAC。多芯片封裝技術采用了Intel特有的嵌入式多芯片的橋接技術(EMIB)，可以提供更高帶寬芯片間的互聯和更低的延時。

　　2.將來要開發的新的產品。例如在今年IDF上面會宣布的產品路線圖。新產品關注兩個方面：一個是產品，即芯片的性能。第二，工藝。

　　如上圖，Harrisville和Falcon Mesa是PSG產品的內部開發代號，不是FPGA正式的名字。Falcon Mesa括號里的MR代表中端，HE代表是高端。可見，在PSG下一代產品里，中端和高端會采用同一個平臺Falcon Mesa。

　　為什么會推出這樣三個不同的產品系列?主要還是關于我們一直說的性能功耗比，左下角的Harrisville可以用在互聯網或者功耗體積要求比較高的場景下。最上端的Falcon Mesa是高端產品，可以被應用在云計算，或者其他的高性能需求的市場。中間是的中端產品可以被應用在4.5G或5G的通訊市場。

　　3.新的開發工具和平臺。

　　如上圖可見左側的工具流程發展趨勢。

　　PSG希望新的產品主要是從兩個維度來看，一個是提高效能，第二個維度是產品的性能功耗比。我們希望跨平臺的用戶，不同的用戶，不同的平臺都可以有很好的生產效率。從橫向的坐標來看，也是希望在硬件平臺上能夠有很好的、更多的選擇來做每瓦性能。

　　4.面向新興的市場。例如上文提到的數據中心和汽車等。

　　關于PSoC的有趣資料與問答

　　這里簡要回顧一下Altera PSoC的歷史。第一、二代ARM處理器芯片(Cyclone V，Arria 10)在TSMC生產，合并后的Intel PSG部門將推出第三代PSoC，它是集成了ARM核的Stratix 10，將在Intel生產。

　　PSG的ARM芯片——PSoC FPGA的應用會與Intel CPU沖突嗎?Patrick說其ARM處理器是用在Intel IA處理器的周圍，是輔助作用。是否FPGA會和Intel至強(Xeon)集成?“這得由Intel決定”。是否FPGA會和Intel的小芯片Atom集成?“也許吧。”是否PSG將來會推“ARM處理器+FPGA”去和Intel IA競爭?Patrick笑了。

　　那么，PSG與合并前相比，發展是否受到了些局限?Patrick稱基本上沒有什么限制，PSG還會做ARM異構平臺。盡管PSG現在已退出了IBM OpenPower聯盟，但是會去支持業界公開的標準、協議。IBM也是PSG的一個客戶。

　　小結

　　PSG部門已獲得來自英媽的大筆投資，目的是實現高增長。14nm Stratix已問世，看好數據中心、汽車等物聯網應用。FPGA+處理器將是增長點，至于這個處理器是ARM還是英媽的，由客戶和英媽說了算，因為客戶能帶來收入，但也不能拆英媽的臺!

　　一點小留戀：“Altera”這個伴隨著PLD歷史一起成長的名字就要在今年年底消失了，那些熱愛PLD的粉絲們需要重新適應一個有點復雜的新名字：Intel PSG。真是留戀那PLD黃金時代的三十年!