FPGA在大數據時代的機遇與挑戰(zhàn).doc

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1、FPGA在大數據時代的機遇與挑戰(zhàn)　　8月8日，英特爾在美國總部召開了名為“以數據為中心(Data-Centric)”的創(chuàng)新峰會。在會上，以英特爾執(zhí)行副總裁、數據中心集團總經理NavinShenoy為首的各產品線主要負責人介紹了英特爾在大數據時代的發(fā)展愿景和布局，對“以數據為中心的計算(Data-CentricComputing)”的潛在市場進行了分析，并且公布了若干英特爾相關軟硬件產品的發(fā)展路線圖?！　”敬畏鍟读撕芏嚓P于FPGA的重大動態(tài)，其中包括正式宣布了基于英特爾FPGA的智能網卡產品線，以及其第一款代號為“CascadeGlacier(冰川瀑布)”的量產版智能網卡。作

2、為這款產品的FPGA研發(fā)團隊的主要成員之一，筆者從立項之初就參與了它的各項研發(fā)工作，并負責了多個軟硬件模塊和系統(tǒng)的設計與驗證任務。因此對于這款產品的正式對外發(fā)布，我倍感欣喜，并希望通過本文進一步梳理和分析峰會的技術細節(jié)，以及從以下幾個方面探討FPGA在大數據時代的各種機遇和挑戰(zhàn)：　　1.英特爾“泛數據中心”業(yè)務及其潛在市場　　2.基于FPGA的智能網卡產品線的正式發(fā)布　　3.英特爾人工智能計算加速器產品系列的相關布局　　4.FPGA開發(fā)的痛點與潛在方案英特爾“泛數據中心”業(yè)務　　近年來，英特爾一直積極的尋求業(yè)務轉型，即從一家以個人計算機和CPU為主的企業(yè)，轉向以數據為中心并圍繞

3、其發(fā)展全棧式解決方案的公司。為了實現(xiàn)這一目標，這幾年英特爾先后收購了FPGA大廠Altera(167.5億美金)，自動駕駛大廠Mobileye(153億美金)，人工智能芯片初創(chuàng)公司Nervana、機器視覺公司Movidus等眾多公司擴展其產品線，并同時招攬了兩位芯片設計大神JimKeller和RajaKoduri分別擔任半導體工程總負責人和芯片總架構師，負責統(tǒng)領英特爾各類芯片(特別是高端數據中心芯片)的整體架構和路線圖規(guī)劃。另外，英特爾旗下的風投部門僅在2017年就投資了包括地平線在內的十余家AI初創(chuàng)企業(yè)，各領域總投資額超過五億美元。　　推動這場變革的主要力量，就是目前方興未艾

4、的大數據浪潮。目前，全世界現(xiàn)有的超過90%的數據都是在過去的兩年內產生的。隨著人工智能、自動駕駛、5G、云計算等各種技術的不斷發(fā)展，各類數據將會基于源源不斷的產生，預計到2025年時，數據總量將比現(xiàn)在增長10倍。由于上述技術的發(fā)展都基于對大數據的研究和分析，因此有人形象的將數據比作未來人工智能時代的石油?！　‰S著數據量的增長和技術的發(fā)展，對數據進行處理的能力也有了長足的進步。特別是隨著摩爾定律的延續(xù)，從2012年至2017年，處理數據所需的計算和存儲成本分別下降了56%和77%;同時，處理數據的性能相較2006年則提升了41倍，如圖1所示。然而即便如此，現(xiàn)如今只有不到1%的數據

5、被有效的進行了處理、分析和利用。由此可見，如何高效的以數據為中心進行現(xiàn)有系統(tǒng)的優(yōu)化設計、升級和創(chuàng)新，擁有著巨大的市場潛力和前景?！　　　D1：摩爾定律的延續(xù)帶來的數據處理性能的增長　　在本次峰會上，英特爾對其2022年的大數據相關的潛在市場規(guī)模(TotalAddressableMarket–TAM)做了自己的預測，如下圖所示：　　　　圖2：2022年英特爾大數據相關的潛在市場規(guī)?！　∮⑻貭柕母黝愐詳祿橹行牡臉I(yè)務部門主要包括四個子業(yè)務群：第一，傳統(tǒng)的數據中心業(yè)務，包括Xeon處理器、網絡、連接等;第二，非易失性存儲業(yè)務;第三，物聯(lián)網和自動駕駛業(yè)務，包括各類人工智能相關的業(yè)務部門

6、;第四，F(xiàn)PGA業(yè)務。我在本文中將將其統(tǒng)一稱作“泛數據中心”集團。至2022年，泛數據中心集團的潛在市場規(guī)模將超過2000億美元，并由此成為英特爾歷史上最大的市場機遇。其中，各個子業(yè)務群的市場規(guī)模分別為，傳統(tǒng)數據中心業(yè)務超過900億美元、非易失性存儲業(yè)務750億美元，物聯(lián)網和自動駕駛業(yè)務330億美元，F(xiàn)PGA相關的業(yè)務也超過80億美元?！　榇?，英特爾提出了“全棧式”的數據中心系統(tǒng)解決方案路線圖，并由此打造以數據為中心的基礎架構，如下圖所示。　　　　圖3：英特爾全棧式數據中心解決方案　　可以看到，這個路線圖主要由“三駕馬車”進行驅動，分別是傳輸、存儲和計算。值得注意的是，圖中在

7、傳輸和計算的部分都明確標出了FPGA的存在。下文將進一步分析FPGA在這兩個領域中所面臨的主要機遇和挑戰(zhàn)。使用FPGA智能網卡加速數據中心網絡　　(1)數據中心網絡市場高速增長　　在2022年，F(xiàn)PGA的數據中心相關業(yè)務的潛在市場規(guī)模將達到80億美元，較現(xiàn)在增長將超過30億美元。就英特爾FPGA業(yè)務部(原Altera)而言，其數據中心相關業(yè)務的年同比增長率在今年一季度達到了140%，與高端FPGA器件相關的增幅達50%，而整體業(yè)務也有超過兩位數的增長，見下圖所示?！　　　D4：英特爾可編程業(yè)