隨著數(shù)據(jù)中心、人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)、云計(jì)算等計(jì)算對(duì)高性能需求的逐漸提升，F(xiàn)PGA與SOC的融合速度正在加快。預(yù)計(jì)到2020年，大概會(huì)有三分之一的服務(wù)器會(huì)將FPGA用到里面。微軟正在利用FPGA技術(shù)將其數(shù)據(jù)中心的性能提升了30倍，這也成為Intel收購(gòu)Altera的一個(gè)重要原因。此外，Google也發(fā)布了一款TPU芯片，專供機(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能，這款芯片的架構(gòu)就首次定義了如何用FPGA來(lái)增加芯片性能。數(shù)據(jù)中心和企業(yè)中的計(jì)算與通信基礎(chǔ)設(shè)施在指數(shù)級(jí)數(shù)據(jù)增長(zhǎng)速率、不斷變化的安全和軟件虛擬化要求面前，很難再保持同步。傳統(tǒng)的多核CPU和SoC需要可編程硬件加速器來(lái)預(yù)處理和卸載數(shù)據(jù)，從而提升其計(jì)算性能。FPGA是最佳的硬件加速器解決方案，因?yàn)殡S著算法的不斷變化，加速器需要不斷用新的功能來(lái)實(shí)現(xiàn)更新。對(duì)于低至中容量應(yīng)用，獨(dú)立的FPGA芯片是一種方便且實(shí)際的解決方案，比如最近iphone7的SOC中就外掛了一顆Lattice的FPGA；然而，對(duì)于高容量應(yīng)用，嵌入式FPGA成為最佳解決方案。

如果從FPGA的市場(chǎng)發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，第一個(gè)階段是80~90年代，那個(gè)時(shí)候FPGA主要應(yīng)用在TTL上，總體市場(chǎng)大概從0到5億美金。第二階段是90年代到2015年，這個(gè)是互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展年代。很多路由器交換機(jī)都需要用到FPGA，因?yàn)楣に嚥粩嗟脑鲩L(zhǎng)，F(xiàn)PGA變得越來(lái)越大，性能越來(lái)越高，成本也越來(lái)越低。隨著互聯(lián)網(wǎng)的增長(zhǎng)，F(xiàn)PGA的市場(chǎng)從5億美金增長(zhǎng)到50億美金。第三個(gè)階段是2016年后，這個(gè)市場(chǎng)將會(huì)主要作為硬件加速和CPU的協(xié)處理器。市場(chǎng)規(guī)模也逐漸與SOC的市場(chǎng)開(kāi)始重合。

在FPGA的應(yīng)用范圍來(lái)看：第一個(gè)是服務(wù)器的數(shù)據(jù)中心加速。這個(gè)數(shù)據(jù)中心的加速有幾個(gè)不同的應(yīng)用，比如加密、解密、加速、人工智能、DPI深度包檢查、機(jī)器學(xué)習(xí)等方面，這些通用點(diǎn)需要很大的做數(shù)據(jù)的處理能力。要做數(shù)據(jù)處理，F(xiàn)PGA很適合做這些處理。另外兩個(gè)應(yīng)用，一個(gè)是軟件去定義網(wǎng)絡(luò)，來(lái)做網(wǎng)絡(luò)加速。另外是下一代5G通信，因?yàn)橛泻艽蟮膸挘枰狥PGA來(lái)做加速。Lbjesmc

“我們覺(jué)得嵌入式FPGA可以起到很大的作用，市場(chǎng)會(huì)遠(yuǎn)超過(guò)50億美金?！?Achronix CEO Robert Blake先生表示，現(xiàn)在的CPU都是從多核方向發(fā)展，可以同時(shí)處理幾個(gè)不同的功能。但是這個(gè)多核不是成比例的增長(zhǎng)，越多核處理能力的增長(zhǎng)比例是下降的。采用嵌入式FPGA可以做平行的硬件加速，可以幫助CPU處理并行應(yīng)用，提升10倍的速度。Lbjesmc

對(duì)于未來(lái)的應(yīng)用趨勢(shì)，ROBERT BLAKE先生表示，首先加速的需求也會(huì)多種多樣，從上面可以發(fā)展出不同的業(yè)務(wù)。另外一個(gè)很重要的應(yīng)用是5G通信，在天線的信號(hào)處理方面，如“上變頻、下變頻、預(yù)失真”等功能都要用到FPGA?！癈PU的強(qiáng)項(xiàng)在于同時(shí)做很多事情，F(xiàn)PGA的強(qiáng)項(xiàng)在于做某一項(xiàng)專業(yè)的事情。”

Achronix CEO Robert Blake先生。20年前， Robert Blake先生就作為Altera的FAE來(lái)過(guò)深圳，當(dāng)時(shí)的華為就已經(jīng)成為了Altera的客戶，并將FPGA應(yīng)用到通信基站中。20年后，ROBERT BLAKE先生第二次來(lái)到深圳，除了感嘆深圳這座移民城市變化之大外，同樣也是因?yàn)榭吹搅薋PGA在高性能數(shù)據(jù)運(yùn)算領(lǐng)域的龐大市場(chǎng)前景。Lbjesmc

Achronix Semiconductor是一家私有的、采用無(wú)晶圓廠模式的半導(dǎo)體公司，總部位于美國(guó)加利福尼亞州圣克拉拉市。公司開(kāi)發(fā)了全球最先進(jìn)的FPGA技術(shù)，該技術(shù)是其多個(gè)產(chǎn)品系列的基礎(chǔ)，包括Speedster?22i系列獨(dú)立FPGA以及最近發(fā)布的Speedcore? eFPGA IP產(chǎn)品。Achronix的所有FPGA產(chǎn)品均由其ACE設(shè)計(jì)工具提供支持，該工具還集成了對(duì)Synopsys Synplify Pro工具的支持。公司在美國(guó)、歐洲和中國(guó)都設(shè)有銷售辦公室和代表處，在印度班加羅爾設(shè)有一間研發(fā)和設(shè)計(jì)辦公室。Lbjesmc

10月11日，Achronix推出可集成至客戶系統(tǒng)級(jí)芯片（SoC）中的Speedcore? 嵌入式FPGA（embedded FPGA ，簡(jiǎn)稱為eFPGA）知識(shí)產(chǎn)權(quán)（IP）產(chǎn)品，并即刻開(kāi)始向客戶供貨。這與Xilinx和 Altera 提出的SoC FPGA貌似是完全相反的方向。SoC FPGA是將SOC嵌入到FPGA內(nèi)，而eFPGA則是將FPGA作為IP嵌入到SOC內(nèi)，幫助SOC來(lái)做加速和數(shù)據(jù)處理。Lbjesmc

表面上看，似乎兩者區(qū)別不大。那么，到底什么是eFPGA?跟獨(dú)立的FPGA相比它有什么好處呢？

Achronix Semiconductor公司（簡(jiǎn)稱Achronix）的 CEO Robert Blake向《國(guó)際電子商情》記者揭示了答案?！盀槭裁纯蛻魰?huì)有興趣用嵌入式FPGA？”ROBERT BLAKE先生認(rèn)為，第一個(gè)原因就是因?yàn)樾阅?，相比?dú)立的FPGA，eFPGA最大的好處是可以增加帶寬，減小延遲。同時(shí)功耗和成本也大大減少。相比FPGA器件，“互聯(lián)網(wǎng)帶寬增加了10倍，互聯(lián)延遲減小至1/10，功耗降低了50%，成本則降低了90%?！?br>
Speedcore是一個(gè)高端的FPGA的核，這是Achronix的FPGA核Speedcore與同類競(jìng)品的比較。將其中一個(gè)Speedcore嵌入式FPGA跟競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的核比較，在邏輯單元差不多的情況下。對(duì)比發(fā)現(xiàn)，獨(dú)立的FPGA受制于封裝，因?yàn)楣苣_有限，EFPGA的帶寬是它的10倍。此外，外掛FPGA要經(jīng)過(guò)收發(fā)器協(xié)議的轉(zhuǎn)移，所以這個(gè)延誤相距很大。

EFPGA的好處有哪些？傳統(tǒng)的高端FPGA主要是兩部分，F(xiàn)PGA核以及周邊邏輯器件。如果FPGA可以放在SOC里面，外圍的周邊器件和管腳可以省去客戶 可以省略可編程的IO，節(jié)省很多空間。PCB的面積也可以更小。PCB的層級(jí)也可以減少，很多跟FPGA連接的元器件，比如Power等IP全部可以省略。

這些器件的節(jié)省帶來(lái)了功耗的減少，特別是IO的功耗可以減少很多。

“如果你買外掛的獨(dú)立FPGA，F(xiàn)PGA的成本是很高的?！盧OBERT BLAKE先生表示，在成本方面，可以很明顯看到eFPGA電路板的成本減少。除了DIE的成本減少外，制造成本也會(huì)減少。

“雖然今天才公布這個(gè)產(chǎn)品，但我們?cè)?年前就已經(jīng)開(kāi)始開(kāi)發(fā)了，而且目前已經(jīng)有客戶在使用了?！盧OBERT BLAKE先生表示，Achronix的一共有三大產(chǎn)品線。其中第一個(gè)產(chǎn)品線是獨(dú)立的FPGA器件，采用的內(nèi)核是SPEEDSTER22i。第二個(gè)產(chǎn)品線是今年4月發(fā)布的硬件加速卡，主要應(yīng)用在高性能計(jì)算中，幫助加速。第三個(gè)產(chǎn)品線就是這次發(fā)布的eFPGA了。ROBERT BLAKE先生同時(shí)也透露了下一代采用SPEEDSTER核的獨(dú)立FPGA，將會(huì)在2017年下半年供貨。

其實(shí)從ASIC的歷史發(fā)展來(lái)看，本身也是有越來(lái)越多的功能IP加入進(jìn)來(lái)，但是FPGA一直沒(méi)有作為一個(gè)IP加入進(jìn)來(lái)。主要有兩個(gè)原因：第一是市場(chǎng)上沒(méi)有人愿意提供技術(shù)，第二個(gè)是技術(shù)太貴。

此外，這樣做的門檻也非常高并不是所有公司都能做到。ROBERT BLAKE先生表示，如果嵌入式FPGA要成功：第一個(gè)需要FPGA的設(shè)計(jì)能力和經(jīng)驗(yàn)，還有是軟件工具，真正有客戶在應(yīng)用這個(gè)產(chǎn)品；第二個(gè)是要懂得怎么去執(zhí)行和連接，就算IP給SOC的客戶，你也不懂怎么連接在一起。另外是品質(zhì)怎么保證？生產(chǎn)中怎么處理干擾，ESD干擾怎么做，有什么長(zhǎng)期的要求？我們都有經(jīng)驗(yàn)和文檔如何跟這些客戶進(jìn)行配合。另外一個(gè)例子是測(cè)試流程，客戶要求我們測(cè)試時(shí)間越短越好，因?yàn)樯婕暗匠杀?。這些都是很現(xiàn)實(shí)的問(wèn)題。

一個(gè)好的軟件開(kāi)發(fā)工具對(duì)于嵌入式FPGA非常重要，在過(guò)去的很多年中，Achronix一直不斷的增加很多功能，如軟件綜合、布線布局、驗(yàn)證等。

Achronix會(huì)根據(jù)客戶的需求提供匯編工具和軟件，這個(gè)軟件可以讓客戶方便的進(jìn)行開(kāi)發(fā)。

除此之外，eFPGA也會(huì)根據(jù)客戶需求來(lái)進(jìn)行定制化開(kāi)發(fā)。Lbjesmc

“我們定義的是模塊化，不同的資源、邏輯、存儲(chǔ)器的IP都是模塊化，客戶需要的話我們可以很快的拼在一起，就像拼樂(lè)高一樣?！盧OBERT BLAKE先生表示，如果客戶有不同的需求要不同的資源，可以根據(jù)需求拼出新的核。比如5G的客戶需要更多的DSP處理，如果要做高端性能計(jì)算，可以增加更多的存儲(chǔ)器。所以客戶需要什么樣的資源，就可以做更多的嵌入式的定義。除了IP可以定制化，工藝也可以定制。“比如客戶需求，我們需要在TSMC的16nm工藝來(lái)做。如果客戶說(shuō)需要新的工藝，比如Intel的22nm，我們大概需要4~6個(gè)月來(lái)進(jìn)行轉(zhuǎn)移?！盧OBERT BLAKE先生表示，他們的合作的廠商其實(shí)有很完備的SOC制作經(jīng)驗(yàn)，他們的ASIC跟我們的EFPGA結(jié)合應(yīng)該怎么做，會(huì)有很詳細(xì)的步驟介紹。ROBERT BLAKE先生表示，現(xiàn)在已經(jīng)可以提供基于臺(tái)積電（TSMC）的16納米FinFET Plus（16FF+）工藝的Speedcore IP產(chǎn)品，并且正在開(kāi)發(fā)基于臺(tái)積電的7納米工藝的IP。

Achronix的商業(yè)模式其實(shí)很簡(jiǎn)單，跟ARM類似。主要也是IP授權(quán)收l(shuí)icense費(fèi)，另外也根據(jù)他們的出貨量收入知識(shí)產(chǎn)權(quán)費(fèi)用。此外，采用Achronix的軟件工具進(jìn)行開(kāi)發(fā)和編程，會(huì)有一個(gè)工具的升級(jí)更新維護(hù)費(fèi)?！半m然剛發(fā)布不久，我們預(yù)計(jì)speedcore的受益是1200萬(wàn)美金，估計(jì)明年EFPGA帶來(lái)的受益會(huì)超過(guò)4000萬(wàn)美金?！盧OBERT BLAKE先生表示，Achronix也是目前唯一能提供獨(dú)立的FPGA和EFPGA的公司。Lbjesmc

“多年以來(lái)，不同的公司都一直在談?wù)揺FPGA產(chǎn)品，但Achronix的Speedcore是首款向客戶出貨的eFPGA IP產(chǎn)品，它是游戲規(guī)則的改變者，”Achronix Semiconductor董事長(zhǎng)兼首席執(zhí)行官Robert Blake表示。“Achronix曾是第一家提供帶有嵌入式系統(tǒng)級(jí)別IP的高密度FPGA的供應(yīng)商。我們正在使用相同的、經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的技術(shù)向客戶提供我們的eFPGA產(chǎn)品，這些客戶都希望將ASIC設(shè)計(jì)的各種高效能和eFPGA可編程硬件加速器的靈活性結(jié)合在同一款芯片中。”Lbjesmc

“FPGA作為IP集成到SOC芯片中會(huì)有很多內(nèi)在的優(yōu)勢(shì)，長(zhǎng)期以來(lái)，設(shè)計(jì)人員一直在尋找嵌入式FPGA用于眾多不同的高性能應(yīng)用，”市場(chǎng)研究公司Semico的ASIC與SoC首席分析師Richard Wawrzyniak表示?！癆chronix現(xiàn)在已向開(kāi)發(fā)高性能計(jì)算產(chǎn)品的客戶提供eFPGA IP產(chǎn)品，為其實(shí)現(xiàn)從處理器卸載那些高密度計(jì)算任務(wù)到FPGA IP中，從而帶來(lái)顯著的性能提升。面對(duì)龐大且不斷增長(zhǎng)的高性能計(jì)算應(yīng)用市場(chǎng)，eFPGA產(chǎn)品對(duì)于Achronix公司是一個(gè)令人激動(dòng)的機(jī)會(huì)，也是半導(dǎo)體行業(yè)的巨大利好?！?span style="display:none">Lbjesmc

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