現在,我們正從以電腦為中心的時代逐漸轉向以資料為中心的時代。到2020年,網際網路使用者產生的資料量為1.5GB/天,智慧醫院為3TB/天,自動駕駛車為4TB/天,而連網飛機和智慧工廠則分別為40TB/天和1PB/天。如今有許多的資料需要處理,我們必須理解它們,才能利用它們創造收入。

同時,業界也湧現出很多的新技術,例如人工智慧(AI)/深度學習等。在各種技術快速發展的時候,需要客製化的解決方案,才有助於解決資料處理的難題。

在這個背景下,英特爾(Intel)全新系列的FPGA Agilex應運而生。英特爾可編程解決方案事業部(PSG)產品行銷長(CPO) Patrick Dorsey在產品發佈會上指出,它不是Stratix的延續,而是一個全新的品牌。

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英特爾PSG產品行銷資深總監Patrick Dorsey

資料的三種應用類型

Dorsey介紹說,資料應用可大概劃分成三個類別:嵌入式/邊緣、通訊基礎設施和雲端/企業。在嵌入式或邊緣應用方面,我們面臨的問題之一是,如何把各種巨量資料(包括圖片、視訊、視覺等等)即時提取出來進行分析。

在通訊基礎架構方面,所面臨的問題是,以Rakuten (樂天)公司為例,它需要做負載均衡——針對連到網路的資料進行分析、處理,以及進行與網路相關的資料均衡工作。中國移動(China Mobile)的做法是把網路進行虛擬化,從而提高它的效率,使得資料處理、資料分析能夠進行得更快、更有效。

在雲端或資料中心方面,所有的企業,不管它的資料中心是在雲端還是自家公司的資料庫,都要進行資料處理和資料分析。

針對這三方面,嵌入式/邊緣領域的關鍵字是即時,即針對當下發生的事件和相關的資訊,進行即時的反應和分析處理。通訊基礎設施方面的關鍵字是頻寬,即提供足夠的頻寬去進行更多的資料處理和分析。雲端/企業方面的重點是取得資料、儲存,並對它們進行更快的分析。

Agilex:全面借助於英特爾自己的能力

Dorsey談到一個重點——「全面借助於英特爾自己的能力」,它包括以下幾個方面。首先,它用到的基礎架構是英特爾自己開發出來的基礎架構。第二,它採用的是英特爾自己的處理技術。第三,它採用英特爾最新的Foveros 3D封裝。第四,它裡面的軟體不只是FPGA本身的軟體,還有微處理器的軟體,都是Intel自己的軟體。

Agilex的特點如下:

  1. 採用10nm製程。
  2. 記憶體一致性。在協同處理器之間有非常緊密的記憶體一致性。
  3. 採用3D封裝技術。可以把不同類型、不同半導體製程節點的晶片封裝到FPGA內部。
  4. 可以根據客戶或市場的需求,把最合適的功能或小晶片(Chiplet)快速地封裝進來,快速地給使用者需要的產品。
  5. 適用於任何開發者——包括硬體和軟體方面的開發者。

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英特爾Agilex FPGA(來源:Intel)

Agilex適合做三類事

Agilex適合做三類事情:處理資料、儲存資料和傳輸資料。

在資料處理方面,它採用了英特爾自己開發的HYPERFLEX架構,可提供如圖所示的超高性能。

在資料儲存方面,它既包括傳統的DDR5介面,也包括高頻寬儲存介面HBM。此外,它還使用了英特爾的Optane技術,可以在Xeon和處理器之間建立非常密切的記憶體一致性。

在資料傳輸方面,它可以提供112G的資料傳輸速率。

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以資料為中心的FPGA(來源:Intel)

支援任意異質3D整合

它支援Any-to-Any (任意)異質3D整合。對於與運算有關的介面、儲存等等,在需要的時候就可以把它們整合到FPGA上去。這樣,在需要進行資料處理、資料分析的時候,異質整合的方式就可以使速度提高很多,使開發成本降低,使得它更加敏捷、更加快速,也更加靈活。

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異質3D整合(來源:Intel)

去年,英特爾收購了一家公司eASIC。這家公司一個很大的優勢是,它能夠非常快速地生產ASIC晶片。

收購這家公司後,英特爾獲得了一種可編程設計能力或者靈活性,不管是在製程、性能還是成本方面,都可以按照客戶的要求,非常快地進行模組客製化或者最佳化。

適用於資料中心加速

Agilex還可以透過運算快速連結(CXL)在Xeon和FPGA之間建立連接。這樣就無需在處理器和加速器之間進行反覆複製。這也意味著它的擁有權總成本(TCO)會更低,性能會更高。

資料傳輸最關鍵的要求就是速度快。Agilex可以做到112G的速率,目前為止是業界第一。再加上PCIe GEN5,以及CXL (執行於PCIe GEN5上),就可以為高性能資料中心的資料負載進行更好的處理。因此,Agilex非常適合作為AI的加速器。在這方面,Google的TPU所採用的BFLOAT16新標準,Agilex也提供支援。

開發者工具

在開發工具方面,除了針對硬體開發者的Quartus Prime以外,英特爾還推出了針對軟體開發人員的One API工具。Agilex包括三個型號:適用於大量應用的F系列、適用於高性能處理器介面和高頻寬應用的I系列,以及適用於運算密集型應用的M系列。首款裝置將於今年第三季上市。

總的來說,Agilex家族完美地結合了基於英特爾10nm製程技術建構的FPGA架構和創新型異質3D SiP技術,將類比、記憶體、客製運算、客製I/O、英特爾eASIC和FPGA邏輯結構整合到一個晶片封裝中。英特爾在從FPGA到結構化ASIC的遷移過程中,可提供帶有可重複使用IP的客製邏輯連續系統(custom logic continuum)。One API提供軟體友善的異質編程設計環境,支援軟體開發人員輕鬆利用FPGA的優勢實現加速。