ASDF：精細粒度異構助力創新， Altera將進入大FPGA時代

　　“數十個合作伙伴，數百家客戶，數千計的工程師，這三股強大的力量構成了Altera SoC大的生態系統，也是Altera在SoC領域投入5年所獲得的成就。”Altera公司嵌入式處理營銷資深總監Chris Balough在一年一度的Altera SoC開發者大會上自豪地表示。

　　圖1 Altera公司嵌入式處理營銷資深總監Chris Balough

　　總結過去，展望未來：雙重挑戰，發展SoC可成半導體業重要創新點

　　Altera公司嵌入式處理工程副總裁Ty Garibay解讀了SoC FPGA在行業遭遇雙重挑戰下凸顯的優勢：技術角度來看，海量數據的產生與物聯網的發展，要求處理器芯片的性能要不斷提高，而當制程進入14nm、10nm,設計越發復雜，創新已經變成一件很難的事情;經濟角度來講，節點越小，所需要的開發成本就越高，隨著制程的進步，ROI(投入產出比)遭受著越來越大的壓力(如圖3)。所以無論從技術門檻來講，還是成本門檻來講，都需要可靠、可信賴的半導體廠商來滿足市場不斷提高的性能需求。

　　圖2 Altera公司嵌入式處理工程副總裁Ty Garibay

　　Garibay表示，每個芯片需要3到5億的投資，如果這么做細分市場很難得到理想的投入產出比，但FPGA SoC卻可將不同用戶的業務整合在一起來驅動未來產品的發展。

　　在產品規劃方面，除邏輯容量、軟件工具的發展之外，不斷地根據市場要求添加新的硬件組件，從而達到更好的契合也是未來SoC產品的重要發展道路。“在過去五年里，邏輯處理容量增長了十倍，也有了更好的浮點DSP，我們會不斷增加一些新的系統屬性，更好實現FPGA的契合。”Garibay說。

　　Altera把眾多基于Altera SoC的應用放到了現場，例如北京文通圖像識別中心的方案、臺灣立普思的3D鼠標/手勢控制模型、無人機演示、支持多軸的工業機械手、高速電動車馬達等，Garibay還著重提到了奧迪公司已經在量產車中選用Altera SoC FPGA實現導航自動駕駛功能，技術音頻處理和人機互動等屬性的整合。

　　圖5 眾記者參觀基于Altera SoC的現場演示

　　Altera產品路線圖曝光，精細粒度成創新亮點，大FPGA時代將來臨

　　會上，Altera曝光了未來的產品路線圖(如圖6)，雖然沒有披露更多產品細節，但是還是傳達了三個重要信息：

　　1.Altera下一代全線產品規劃皆為SoC，分別為高端的Sequoia系列，采用英特爾10nm制程;面向終端應用的中端Oak系列，采用英特爾14nm工藝;面向消費電子市場的低端Cedar系列，采用臺積電的低功耗制程。從路線圖上我們可以看到SoC FPGA在Altera產品布局上舉足輕重的位置，代表著Altera投資未來的眼光。

　　2.精細粒度異構架構可以突破現有異構架構的功耗/性能瓶頸

　　如圖7所示，從單核處理器到多核處理器再到異構處理器，功耗/性能指標一直在上升，但在異構處理器階段遭遇瓶頸，功耗/性能停滯不前，Garibay指出精細粒度異構計算可以突破瓶頸。何為精細粒度異構呢?Altera給出了這樣的說法：我們的FPGA每個硬件單元都可配置的，對于功耗較大的過程，可以把它細分為小的過程，繼而根據算法的需求做優化、微調，調到最適合的算法硬件。這比標準同樣的GPU性能功耗比更高。因為通用的GPU是固定死的硬件，無法調。Altera的硬件可以通過OpenCL這樣的編程語言來微調硬件。總結起來，精細粒度異構計算的核心價值在于可以讓客戶在硬件上客戶定制，最優化的實現客戶想要的功能。

　　至于未來FPGA與SoC的關系,Chris Balough指出，進入精細粒度異構計算，FPGA與SoC的概念未來將統一，“FPGA加上什么處理器”的說法在未來會消失，就如同如今的CPU一樣，不會把里面的內存控制器、內存、程序接受器分別拿出來說，CPU里面就包含這些東西 。Chris Balough強調說：“FPGA是SoC的整個產品，除了芯片之外有一整套OpenCL，統一的開發環境。大的FPGA未來會永遠存在的，我們會進一步推動EDA統一設計的流程。大的FPGA用在軍事通信這樣來替代ASIC或者ASSP ”Chris Balough說。

　　3.英特爾承諾支持Altera的產品路線圖

　　自英特爾收購Altera的消息傳開后，坊間對兩家攜手究竟會合力拓展何種新業務的猜測從來沒有間斷過，會上媒體也是一再追問，Altera對此卻表現得諱莫如深，這也成為本次會議頗為神秘的部分。不過Chris Balough也表示，英特爾曾公開表示過會支持Altera的產品路線圖發展，支持Altera SoC中繼續采用ARM架構。ARM現有產品市場份額增長勢頭非常好，Altera選擇ARM主要是因為客戶的需求，本身對架構并無偏好，市場需求是什么核，Altera就選什么核。

　　“之前剛發了第一款的基于A9的產品，未來有64位的ARM架構，是V8的架構，會選擇A53的ARM架構。從路線圖上看，我們的開發很多是基于V8的64位架構，這些新技術會給客戶帶來很多價值”Chris Balough說。

　　精細計算對摩爾定律是補充還是破壞

　　半導體行業按摩爾定律發展至今，對性能要求高的那部分市場(如數據、物聯網)而言，隨著制程不斷縮小，設計和生產費用都將成指數式增長。而異構計算則從架構的角度出發，為計算進步提供了創新方式。實際上異構計算本身并不是新鮮產物，不過一直以來探討的主要是基于CPU和GPU之間的協同計算，FPGA的加入則為異構計算賦予了更靈活的適應能力。從SoC到異構SoC，再到存在著無限種可能，通過不斷改善內部硬件契合甚至更換核、能編程實現連細節都高度定制的大FPGA概念，Altera的SoC路線發展正是圍繞著異構計算來不斷改進。

　　相比于競爭對手，Altera在概念宣傳包裝方面一向行事低調，此次發布SoC路線藍圖，也是公司積累幾年的爆發。Altera路上也面臨不少挑戰，首先，他勢均力敵的競爭對手Xilinx從來都沒放松過;其次，無論誰家的產品，目前SoC FPGA這個新貴平臺對廣大普通工程師來說技術門檻高。通過Chris Balough的介紹我們可以看出，想實現精細粒度帶來的好處，OpenCL編程是不可少的，對開發人員算法要求也是比較高的。那么如果不會OpenCL的用戶呢?是不是要承擔異構開發要求“多面手”的壓力?雖然OpenCL對于異構開發和并行處理有天然的優勢，但是目前掌握OpenCL的多數為軟件工程師，這對于SoC FPGA的主戰場通信領域自然不必憂慮，因為通信領域的軟件工程師人數是硬件工程師的10倍。但是別忘了Altera還將推出面向終端應用的中端Oak系列和面向消費電子市場的低端Cedar系列呢。所以Altera盡快完善出更好更統一的開發工具以及眾硬件工程師及時惡補，更新知識結構才是王道。