2015：物聯(lián)網(wǎng)引領(lǐng)芯片廠商創(chuàng)新

　　摘要：通過(guò)對(duì)部分行業(yè)有代表性的芯片和軟件廠商的走訪，折射了2015年及今后物聯(lián)網(wǎng)芯片的技術(shù)和產(chǎn)品走勢(shì)。包括從技術(shù)上，不可忽略大數(shù)據(jù)的分析/云計(jì)算。對(duì)部分芯片廠商來(lái)說(shuō)，實(shí)際上更關(guān)心每個(gè)小數(shù)據(jù)的收集是否安全、可靠。另外，物聯(lián)網(wǎng)對(duì)傳感器、傳感器樞紐芯片等提出了挑戰(zhàn)，并需要良好的能量采集芯片，也需要系統(tǒng)更加節(jié)能。物聯(lián)網(wǎng)的熱門研發(fā)領(lǐng)域是可穿戴，需要芯片在性能、小型化等方面進(jìn)行創(chuàng)新。

　　IoT帶來(lái)兩個(gè)意想不到的趨勢(shì)

　　Altera公司總裁、CEO兼董事會(huì)主席John Daane：當(dāng)我們展望2015年時(shí)，發(fā)現(xiàn)很多支持可編程邏輯業(yè)界發(fā)展的動(dòng)向最近幾年仍然在發(fā)揮作用。ASIC/ASSP設(shè)計(jì)成本螺旋式上升，功能也越來(lái)越不確定，大批量應(yīng)用的機(jī)會(huì)越來(lái)越少。但是也出現(xiàn)了新動(dòng)態(tài)。

　　在這一點(diǎn)，可能您希望看到的三個(gè)字母是物聯(lián)網(wǎng)(IoT)——2014年談?wù)撟疃嗟臒嵩~。人們努力讓IoT投入使用而帶來(lái)的兩個(gè)意想不到的結(jié)果將成為業(yè)界發(fā)展趨勢(shì)，我們相信，這對(duì)于FPGA是很大的機(jī)遇。

　　但是網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)量增加會(huì)產(chǎn)生兩個(gè)很大的問(wèn)題。每一個(gè)問(wèn)題都會(huì)成為發(fā)展趨勢(shì)。

　　● 數(shù)據(jù)中心加速

　　第一個(gè)問(wèn)題以及第一種發(fā)展趨勢(shì)是在數(shù)據(jù)中心內(nèi)部，在硬件中完成的任務(wù)被遷移到運(yùn)行在服務(wù)器的軟件中。問(wèn)題是，有時(shí)多線程等方法也不能使軟件很快地運(yùn)行，這時(shí)您不得不通過(guò)硬件加速來(lái)幫助服務(wù)器滿足任務(wù)的實(shí)時(shí)要求。

　　經(jīng)驗(yàn)表明，非常靈活而且具有很強(qiáng)并行處理能力的FPGA能夠提高吞吐量，縮短響應(yīng)時(shí)間，提高能效，與服務(wù)器CPU很好地配合工作。這一趨勢(shì)的關(guān)鍵點(diǎn)是讓FPGA編程和調(diào)試能夠在數(shù)據(jù)中心編程人員熟悉的語(yǔ)言環(huán)境中完成。例如，Altera的OpenCL工具支持編程人員采用高級(jí)語(yǔ)言開發(fā)并調(diào)試完整的CPU與FPGA相接口的平臺(tái)。

　　● 豐富了網(wǎng)絡(luò)

　　另一個(gè)問(wèn)題是目前的互聯(lián)網(wǎng)并不適合IoT，主要有三方面的原因。首先，互聯(lián)網(wǎng)邊緣的WiFi和以太網(wǎng)連接需要大功率接口，而且這類接口要一直保持工作。而這恰恰與所有這些微型傳感器和執(zhí)行器——物體，所要求的相反。因此，出現(xiàn)了各種各樣的短距離低功耗網(wǎng)絡(luò)連接物體和集線器，從而連接至WiFi或者以太網(wǎng)。

　　其次，某些設(shè)備的任務(wù)要求有保證的最大時(shí)延，例如，電機(jī)控制。如果您把控制器放到互聯(lián)網(wǎng)的另一端，您怎樣保證數(shù)據(jù)包能夠按時(shí)到達(dá)每一端? 最終，答案是新網(wǎng)絡(luò)功能，例如，時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)所開發(fā)的功能。但是現(xiàn)在，這些控制環(huán)要求在IoT集線器中提供某些實(shí)時(shí)計(jì)算功能。

　　第三，黑客肯定會(huì)攻擊IoT。

　　在共享資源——網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)中心投資，與最終設(shè)備投資之間搖擺不定。今天，我們看到發(fā)展勢(shì)頭又從智能手機(jī)的爆炸式發(fā)展回到了4G開發(fā)投入、建立IoT外圍網(wǎng)絡(luò)及其智能集線器、以及數(shù)據(jù)中心的發(fā)展。這些將是2015出現(xiàn)的發(fā)展趨勢(shì)，Altera會(huì)提供支持。

　　軟件是促成客戶使用FPGA的主要原因

　　Xilinx亞太區(qū)銷售及市場(chǎng)副總裁楊飛：以前FPGA廠商的目標(biāo)是填補(bǔ)ASIC和ASSP空白，現(xiàn)在我們說(shuō)取代ASIC、ASSP，而我們現(xiàn)在要做的就是，不僅是硬件，還有軟件方面，讓系統(tǒng)級(jí)的架構(gòu)工程師和軟件編程工程師也能夠直接使用FPGA。

　　因?yàn)镕PGA到今天為止，從來(lái)不乏風(fēng)險(xiǎn)投資公司的介入，但是三十多年以來(lái)，初創(chuàng)企業(yè)總是做不成、長(zhǎng)不大，根本原因和最大挑戰(zhàn)不是說(shuō)FPGA公司是硬件公司，因?yàn)槲覀兏臼且患腋丬浖墓?。FPGA就是把硬件變成軟件，所以Xilinx除了在工藝、器件架構(gòu)以外，最大的投入是EDA軟件。我們從根本上來(lái)說(shuō)，就是一家半導(dǎo)體公司扮演了EDA軟件公司的角色。沒(méi)有EDA軟件和支持服務(wù)的團(tuán)隊(duì)，光有器件是賣不動(dòng)的，因?yàn)闆](méi)人能用。而軟件只是象征性地收很低的費(fèi)用，也有免費(fèi)的。所以我們的這個(gè)業(yè)務(wù)模式是一種很特殊的業(yè)務(wù)模式：從軟件里來(lái)獲取利潤(rùn)，軟件是促成更多的客戶可以來(lái)使用FPGA技術(shù)的原因。

　　為此，Xilinx做了SDx系列軟件，服務(wù)于SDR(軟件定義的無(wú)線電)、SDNet(軟件定義的網(wǎng)絡(luò))、MFV(網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化)等。其實(shí)本質(zhì)上，就是把硬件給虛擬化、軟件化。從前硬件廠商就是做硬件的，我們把硬件變成了全可編程的，既軟件可編程，又硬件可編程，就是把FPGA虛擬化和簡(jiǎn)化了。所以我們現(xiàn)在及今后做的很多工作和工具，都是跟SDx有關(guān)，x可能是SDNet，專門做包處理的一種軟件開發(fā)的環(huán)境。不久前，Xilinx還發(fā)布了SDAccel，即軟件定義加速的開發(fā)環(huán)境，面向數(shù)據(jù)中心、云計(jì)算，以及超級(jí)計(jì)算機(jī)用的功能，諸如石油、天然氣、DNA排序、藥物開發(fā)、加密等敏感應(yīng)用。

　　SDAccel推出的原因，是數(shù)據(jù)中心等需要更佳的單位功耗和性能來(lái)解決問(wèn)題。而傳統(tǒng)的服務(wù)器往往通過(guò)CPU/GPU。但隨著成本、功耗越來(lái)越高，F(xiàn)PGA的優(yōu)勢(shì)脫穎而出。例如，今天的數(shù)據(jù)中心架構(gòu)是x86服務(wù)器+PCI Express總線，通過(guò)FPGA的PCI Express加速卡，可以使一些算法的單位功耗性能提高22~25倍，時(shí)延降低50~75倍!

　　SDAccel的特點(diǎn)是無(wú)需FPGA硬件高手，就可使熟悉數(shù)據(jù)中心服務(wù)器開發(fā)環(huán)境的軟件工程師，可以按照他們習(xí)慣的模式來(lái)開發(fā)相關(guān)的解決方案。