FPGA的過去，現(xiàn)在和未來.doc

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1、FPGA的過去，現(xiàn)在和未來　　自Xilinx在1984年創(chuàng)造出FPGA以來，這種可編程邏輯器件憑借性能、上市時(shí)間、成本、穩(wěn)定性和長期維護(hù)方面的優(yōu)勢，在通信、醫(yī)療、工控和安防等領(lǐng)域占有一席之地，在過去幾年也有極高的增長率。而進(jìn)入了最近兩年，由于云計(jì)算、高性能計(jì)算和人工智能的繁榮，擁有先天優(yōu)勢的FPGA的關(guān)注度更是到達(dá)了前所未有的高度。本文從基礎(chǔ)出發(fā)談及FPGA的過去、現(xiàn)在與未來?！　∥覀冎?，相對于專業(yè)的ASIC，F(xiàn)PGA有上市時(shí)間和成本上的優(yōu)勢。另外，在大多數(shù)情況下，F(xiàn)PGA執(zhí)行某些功能較之CPU上的軟件操作更高效。這就是為什么我

2、們認(rèn)為它不但會(huì)運(yùn)用在數(shù)據(jù)中心的服務(wù)器、交換器、存儲(chǔ)層的各個(gè)角落，并且具有加速整個(gè)工作流程的功能。　　然而我們不能過分樂觀，尤其是在2015年12月，Intel以167億美元收購了FPGA生產(chǎn)商Altera之后?！　　　≡?014年年底，當(dāng)時(shí)還處于獨(dú)立的Altera公司高層盯上了基于CPU+FPGA的數(shù)據(jù)中心并行計(jì)算的發(fā)展前景——這個(gè)當(dāng)時(shí)價(jià)值大約10億美元的市場。而并非數(shù)據(jù)中心里約2.5億美元的CPU-GPU市場和直接應(yīng)用CPU處理器的90億美元市場。　　Altera做出這個(gè)決定的原因在于他們認(rèn)為這個(gè)組合較之另外兩個(gè)方案，有編程的簡

3、便性和能效優(yōu)勢。人們對CPU非常熟悉，并發(fā)現(xiàn)尋找C程序員也不會(huì)太難。因此對大部分開發(fā)者來說，在執(zhí)行運(yùn)算任務(wù)的時(shí)候，持續(xù)使用這種方案不需要冒太大的風(fēng)險(xiǎn)，但是能源效率相對比較低，尤其是在密集的計(jì)算和固有的并行工作負(fù)載的情況底下?！　≈劣贑PU+GPU的方案，程序員并不是很熟悉，但是擁有很高的效率?！　「鶕?jù)Altera的估計(jì)，使用OpenCL對混合CPU-FPGA系統(tǒng)進(jìn)行編程比使用Nvidia的CUDA環(huán)境對于程序員來說更容易（某些方面肯定是有爭議的），但用HDL來硬編程FPGA是相當(dāng)困難的，因此需要OpenCL或者通過其他抽象層來將C

4、PU中的負(fù)載轉(zhuǎn)移到FPGA上?！　ntel收購Altera改變FPGA格局　　這個(gè)十億美元的數(shù)據(jù)中心市場被Altera、Xilinx和其他FPGA供應(yīng)商瓜分。在Intel于2015年6月收購了Altera之后，這個(gè)市場變得更加復(fù)雜?！　　　≡谑召徶暗?014年，Altera的19億美元收入中，有16%來自于與數(shù)據(jù)中心相關(guān)的計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)和存儲(chǔ)業(yè)務(wù)，其總值達(dá)到3.04億美元。那些在這個(gè)領(lǐng)域深耕十幾二十年的通信和無線設(shè)備系統(tǒng)制造商想要有更高的能源效率，更低的成本和更高的擴(kuò)展性，這些都是FPGA所擅長的領(lǐng)域。另外有一點(diǎn)需要提一下，那就是

5、在執(zhí)行這些功能的時(shí)候，使用FPGA并不需要像使用CPU那樣需要操作系統(tǒng)和相應(yīng)的軟件。這部分的營收占了Altera營收的44%，總額為8.35億美元。　　Altera另外的22%收入，即4.18億美元，來自工業(yè)控制、軍事設(shè)備和汽車制造等領(lǐng)域。他們面對相同的困境，因此選擇FPGA來處理他們的一些工作負(fù)載。　　其實(shí)早在2014年，英特爾看中了價(jià)值1150億美元的各種類型的芯片潛在市場。當(dāng)中可編輯邏輯設(shè)備（以FPGA為主）約占4%，ASIC占18%，其余為ASSP的大雜燴?！　≡诳删庉嬤壿嬙O(shè)備的領(lǐng)域中，英特爾預(yù)估Altera占有48億美元

6、市場中的39%，Xilinx占有49%，剩下供應(yīng)商則占據(jù)剩下的12%?！　‘?dāng)時(shí)英特爾沒有收購Altera的原因是因?yàn)镕PGA業(yè)務(wù)的增長速度幾乎與其數(shù)據(jù)中心集團(tuán)（為服務(wù)器，存儲(chǔ)和交換機(jī)制造商提供芯片，芯片組和主板）的速度一樣快?！　≡僬?，英特爾沒有這樣做也是因?yàn)槟柖芍饾u緩慢下來的腳步，給FPGA帶來了日益增長的競爭威脅?！　?shí)際上，如果應(yīng)用的話，在數(shù)據(jù)中心里不止安裝一個(gè)FPGA、GPU或DSP加速器，但不需要安裝多個(gè)XeonCPU。由于英特爾不能繼續(xù)為Xeons提供更多的核心和加速器，所以他們得出了將FPGA當(dāng)做加速器的結(jié)論。　

7、　除非FPGA能在數(shù)據(jù)中心創(chuàng)造5億美元的收益，或者幾年后創(chuàng)造10億美元或更多的收入。不然英特爾寧愿犧牲兩至三倍的Xeon收入，也不會(huì)把Xeon的收入拱手相讓。