探秘Intel PSG：加大投资，“FPGA+”联接云和物

　　这几天，2016年英特尔信息技术峰会(IDF 2016)正如火如荼地进行。期间首次亮相了英特尔SoC FPGA开发者论坛(ISDF)，此活动聚焦英特尔可编程解决方案事业部(PSG，前身为Altera公司)及其SoC FPGA技术。英特尔首席执行官(CEO)科再奇登台发表主题演讲，并向观众展示了英特尔品牌的14纳米Stratix 10 FPGA(如下图)。

　　这激动人心的一刻来之不易。此前，Altera已有14纳米Stratix的规划，去年12月28日Altera与Intel正式联姻后，经过磨合，这一产品才得以出炉。

　　从Altera角度看，这一收购对Altera的用户而言意味着什么?目前的发展方向如何?最重要的是：FPGA和SoC FPGA能否在英特尔站稳脚步?

　　在此让我们切换一下场景，回到今年的7月28日，Altera团队合并后在北京第一次举办的新闻发布会。

　　投资驱动增长

　　Intel最新的愿景是智能计算与互联更强。PSG产品营销总监Patrick Dorsey解读CEO科再奇的讲话，看到了加大投入、提高营收、FPGA很重要等关键词。

　　因为FPGA在“云和数据中心”和“物体和设备”的良性循环中无处不在。具体地，Intel的架构叫IA，在此市场产品当中，FPGA也是存在的。“我们分析过，既有IA(Intel架构)，也有FPGA的市场，大概有80%的重叠。”例如有客户已经用FPGA和IA做到5G系统中，光网络是另外一个例子，PSG是光网络市场占有率第一的FPGA供应商，我们已经有能力把光跟FPGA进行直连光网络，光网络是另外一个例子，我们是光网络市场占有率第一的FPGA供应商，我们已经有能力把光跟FPGA进行直连。对于云和数据中心来说，80%的FPGA是来自于Altera的。这部分的FPGA主要是来做一些加速和分析的应用。实际上，在IoT(物联网)市场里面，以前FPGA更多是工厂自动化，现在在汽车的应用领域，PSG也在做相应的一些开发。汽车的潜力很大，例如，预计在2020年手机数据量会在1GB，对于汽车来讲是400GB。要完成这样巨大的数据传输和数据处理需要FPGA做一个加速。

　　过去在汽车市场实际上已经出货了5500多万片Intel FPGA。在无线和通信的市场，有95%以上的蜂窝电话呼叫和数据是通过Intel FPGA进行处理。在云计算市场，Intel FPGA有80%的市场份额。

　　如今FPGA同时实现了灵活性和高效率。芯片融合带来了互联、加速、可伸缩性等优势。例如汽车领域，摩尔定律已慢下来，蓝色线是芯片的性能趋势，因此需要新的方法提升性能(黄色线)，例如异构计算来填补这个落差，同时需要灵活性和安全。具体地，在一些新型号的汽车里面，我们的代码行数是一亿行。第一个挑战是关于性能的挑战，在汽车或者其他的应用里，我们看到对性能需求的要求越来越高，但同时对功耗的要求也是越来越严苛。因为本身它的体积和散热都会受到很大的限制，尤其是像汽车这类产品，或者其他电池供电的设备里面。我们一方面对性能的要求越来越高，同时，功耗又不能随着需求再继续往上提升。同样还有安全和保密。这也是为什么Intel购买Altera的原因。需要把FPGA和处理器方案整合起来。

　　汽车应用基本分为三大类：感知;把采集回来的数据进行计算;对相应的计算结果采取措施和动作。用户通常会把安全和大数据用处理器来做，FPGA更多地被用到感知和数据加速。希望通过“处理器+FPGA”可以完成得更好。

　　何时采用“FPGA+CPU”?

　　通常一大块是分立的CPU+分立的FPGA。现在市场上我们已经有很多这样的产品，或者是板子。第二大块是合封的，叫做封装集成的CPU或FPGA。这个产品今天也是已经在发售了。将来还会有集成在同一个硅片上的处理器和FPGA(注，笔者猜测，将是集成了ARM Cortex-A53等处理器核，组成异构计算架构的Stratix 10 PSoC)。

　　那么，从分立到封装集成、到管芯集成，每瓦性能能提高多少?可以看到，最基本的功耗会用在驱动I/O上，距离越远，花在驱动I/O上的功耗就会很大。目前来看，分立大概有30%的功耗会花在驱动I/O上。如果合封在一起，估计会减少15%。如果再进一步封装，到一个硅片里，可能还会带来额外5%功耗的降低。

　　但更加有意思的是什么呢?当我的FPGA跟CPU，或者其他的东西合封，设计到同一个硅片里面去，我的架构可能会发生一些变化，不再像以前设计的片到片的架构，可能会变得更加灵活，可能会更加适合于某一个应用，更加贴合你的应用就会省掉更多的功耗，50%、80%，……可能会跟具体的应用场景密切相关。

　　值得说明的是，PSG会给用户提供不同的解决方案和选择，并不是一定要去做合封。也许在某些场景，例如批量不是很大的部分工业应用，工程师更喜欢分立的方案。而大批量时，封装集成或硅片集成更有优势。

　　未来1/3云服务器中会用到Altera FPGA

　　回到数据中心上，PSG预测在2020年有1/3的云服务的供应商，在它的产品里面会用到FPGA，包括中国的云服务供应商的用户。对于数据中心的用户，实际上无论从工具的角度，还是从“FPGA+ CPU”集成，PSG部门将会提供更好的带宽和功效，为服务器用户提供更好的产品。

　　有几个关键点，第一会帮助服务器设计者或用户更好、更简单地使用我们的产品。第二，性能上追求高带宽、低延时。

　　为此需要提高两点：1.开发者的体验;2.提升带宽。PSG部门正在朝这两方面进行更多的投资

　　在今年，2016年Intel的PSG就已经增加了30%的工程人员。在一些特定的领域，比如高速收发器领域，工程人员资源投入增加了一倍。

　　四大投资方向

　　1.Stratix 10。是第一个在Intel 14纳米工艺上生产的高端产品。Patrick拿出了一个Stratix 10的机械测试芯片，这个是多硅片封装的芯片，这里面有多个硅片。围绕在大芯片——FPGA周围的小芯片可以是DRAM或其他芯片。这个DRAM会采用HBM的RAM把它封装集成在里面，解决对存储卡高带宽、低延时的需求。

　　除了DRAM之外，我们可以封装集成其他的芯片，比如ADC或DAC。多芯片封装技术采用了Intel特有的嵌入式多芯片的桥接技术(EMIB)，可以提供更高带宽芯片间的互联和更低的延时。

　　2.将来要开发的新的产品。例如在今年IDF上面会宣布的产品路线图。新产品关注两个方面：一个是产品，即芯片的性能。第二，工艺。

　　如上图，Harrisville和Falcon Mesa是PSG产品的内部开发代号，不是FPGA正式的名字。Falcon Mesa括号里的MR代表中端，HE代表是高端。可见，在PSG下一代产品里，中端和高端会采用同一个平台Falcon Mesa。

　　为什么会推出这样三个不同的产品系列?主要还是关于我们一直说的性能功耗比，左下角的Harrisville可以用在互联网或者功耗体积要求比较高的场景下。最上端的Falcon Mesa是高端产品，可以被应用在云计算，或者其他的高性能需求的市场。中间是的中端产品可以被应用在4.5G或5G的通讯市场。

　　3.新的开发工具和平台。

　　如上图可见左侧的工具流程发展趋势。

　　PSG希望新的产品主要是从两个维度来看，一个是提高效能，第二个维度是产品的性能功耗比。我们希望跨平台的用户，不同的用户，不同的平台都可以有很好的生产效率。从横向的坐标来看，也是希望在硬件平台上能够有很好的、更多的选择来做每瓦性能。

　　4.面向新兴的市场。例如上文提到的数据中心和汽车等。

　　关于PSoC的有趣资料与问答

　　这里简要回顾一下Altera PSoC的历史。第一、二代ARM处理器芯片(Cyclone V，Arria 10)在TSMC生产，合并后的Intel PSG部门将推出第三代PSoC，它是集成了ARM核的Stratix 10，将在Intel生产。

　　PSG的ARM芯片——PSoC FPGA的应用会与Intel CPU冲突吗?Patrick说其ARM处理器是用在Intel IA处理器的周围，是辅助作用。是否FPGA会和Intel至强(Xeon)集成?“这得由Intel决定”。是否FPGA会和Intel的小芯片Atom集成?“也许吧。”是否PSG将来会推“ARM处理器+FPGA”去和Intel IA竞争?Patrick笑了。

　　那么，PSG与合并前相比，发展是否受到了些局限?Patrick称基本上没有什么限制，PSG还会做ARM异构平台。尽管PSG现在已退出了IBM OpenPower联盟，但是会去支持业界公开的标准、协议。IBM也是PSG的一个客户。

　　小结

　　PSG部门已获得来自英妈的大笔投资，目的是实现高增长。14nm Stratix已问世，看好数据中心、汽车等物联网应用。FPGA+处理器将是增长点，至于这个处理器是ARM还是英妈的，由客户和英妈说了算，因为客户能带来收入，但也不能拆英妈的台!

　　一点小留恋：“Altera”这个伴随着PLD历史一起成长的名字就要在今年年底消失了，那些热爱PLD的粉丝们需要重新适应一个有点复杂的新名字：Intel PSG。真是留恋那PLD黄金时代的三十年!