人工智能、物聯(lián)網(wǎng)需要什么芯片？CPU和GPU將讓位于FPGA

一、FPAG是大數(shù)據(jù)和物聯(lián)網(wǎng)的趨勢(shì)

　　1.1、Intel167億美元、35倍倍PE押注FPGA

　　2015年6月1日，Intel宣布斥資167億美元，以每股約54美元的價(jià)格收購(gòu)全球第二大FPGA廠商Altera(阿爾特拉)，這是Intel成立47年以來(lái)歷史上規(guī)模最大的收購(gòu)。本次Intel的收購(gòu)對(duì)應(yīng)的估值高達(dá)35倍，這在半導(dǎo)體領(lǐng)域已經(jīng)非常罕見(jiàn)。

　　Intel收購(gòu)Altera，主要基于三方面考慮：

　　第一、IBM與全球第一大FPGA廠商Xilinx合作，主攻大數(shù)據(jù)和云計(jì)算方向，這引起Intel的巨大擔(dān)憂。Intel已經(jīng)在移動(dòng)處理器落后，大數(shù)據(jù)和云計(jì)算領(lǐng)域不能再落后。

　　第二、FPGA在云計(jì)算、大數(shù)據(jù)領(lǐng)域?qū)⑸钊霊?yīng)用。Intel此次與Altera合作，將開(kāi)放Intel處理器的內(nèi)部接口，形成CPU+FPGA的組合模式。其中FPGA用于整形計(jì)算，cpu進(jìn)行浮點(diǎn)計(jì)算和調(diào)度，此組合的擁有更高的單位功耗性能和更低的時(shí)延。

　　第三、IC設(shè)計(jì)和流片成本。隨著半導(dǎo)體制程指數(shù)增長(zhǎng)，F(xiàn)PGA在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域?qū)⑻娲邇r(jià)值、批量相對(duì)較小(5萬(wàn)片以下)、多通道計(jì)算的專(zhuān)用設(shè)備替代ASIC。同時(shí)，F(xiàn)PGA開(kāi)發(fā)周期比ASIC短50%，可以用來(lái)快速搶占市場(chǎng)。

　　1.2、FPGA+CPU，大數(shù)據(jù)時(shí)代的趨勢(shì)之一

　　在近期杭州的云棲大會(huì)，Intel已經(jīng)展示了其Xeon+FPGA的創(chuàng)新模式，計(jì)劃17年將投放市場(chǎng)。Altera的FPGA產(chǎn)品可以讓英特爾Xeon至強(qiáng)處理器技術(shù)形成高度定制化、整合產(chǎn)品，單位功耗性能比CPU+GPU模式更高。CPU+FPGA用于數(shù)據(jù)中心，這將是未來(lái)數(shù)據(jù)中心的標(biāo)配。

　　目前在海量數(shù)據(jù)處理，主流方法是通過(guò)易編程多核CPU+GPU來(lái)實(shí)現(xiàn)，而從事海量數(shù)據(jù)處理應(yīng)用開(kāi)發(fā)(如密鑰加速、圖像識(shí)別、語(yǔ)音轉(zhuǎn)錄、加密和文本搜索等)。設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)人員既希望GPU易于編程，同時(shí)也希望硬件具有低功耗、高吞吐量和最低時(shí)延功能。但是依靠半導(dǎo)體制程升級(jí)帶來(lái)的單位功耗性能在邊際遞減，CPU+GPU架構(gòu)設(shè)計(jì)遇到了瓶頸而，而CPU+FPGA可以提供更好的單位功耗性能，同時(shí)易于修改和編程。

　　數(shù)據(jù)顯示，瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院(ETHZurich)研究發(fā)現(xiàn)，基于FPGA的應(yīng)用加速比CPU/GPU方案，單位功耗性能可提升25倍，而時(shí)延則縮短了50到75倍，與此同時(shí)還能實(shí)現(xiàn)出色的I/O集成(PCIe、DDR4、SDRAM接口、高速以太網(wǎng)等)。換言之，F(xiàn)PGA能在單芯片上提供高能效硬件應(yīng)用加速所需的核心功能，并同時(shí)提供每個(gè)開(kāi)發(fā)板低功耗的解決方案。

　　另外，微軟的研究表明，F(xiàn)PGA的單位功耗性能是GPU的10倍以上，由多個(gè)FPGA組成的集群能達(dá)到GPU的圖像處理能力并保持低功耗的特點(diǎn)。FPGA在云數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用，將從CPU與FPGA離散使用、向CPU與FPGA打包使用、再向CPU與FPGA整合使用發(fā)展。根據(jù)英特爾預(yù)計(jì)，到到2020年，將有1/3的云數(shù)據(jù)中心節(jié)點(diǎn)采用FPGA技術(shù)。