以科技创新推动数据革命 英特尔按下FPGA发展加速键

现如今，整个世界正在飞速迈入大计算时代，人类获取数据的能力大幅度提升，推动着数据量的爆发式增长，而数据量的增长又使得数据形态和格式在发生着革命性变化。因此，具有灵活高效、可重复编程特性的FPGA在数据中心等领域的应用也愈发广泛。根据数据，2021年FPGA市场已实现同比增长16%，预计其在未来5 年将持续保持良好的增长势头。

“FPGA市场在过去几年经历了快速增长，并且预计在未来几年也有不俗的增长势头，这其中英特尔可编程解决方案事业部（PSG）扮演了非常重要的角色，我们推动了整个市场的增长，2020-2021年的增长速度为16%，这对整个FPGA行业来说是很强的推动力。”英特尔数据中心与人工智能集团副总裁兼可编程解决方案事业部产品营销总经理Deepali Trehan在接受采访时表示。

事实正是如此，为了应对数字时代的全新挑战和更高的技术需求，英特尔旨在通过包括无所不在的计算、无处不在的连接、从云到边缘的基础设施、人工智能、传感和感知在内的“五大超级技术力量”，打造多元化产品、技术和应用。其中，作为英特尔XPU战略的重要组成部分，英特尔多年来也一直在致力于推动FPGA的创新和发展。

从英特尔前些日子披露的FPGA产品路线图中，就可以一窥英特尔在FPGA市场的积极创新：

首先是采用Intel 7制程工艺的英特尔Agilex D系列FPGA，能够将其性能扩展至中端FPGA应用中，且在拥有高性能的同时，可提供相较于目前AgilexF/I/M系列更小的外形规格及更低的功率与密度。与业界其他7nm FPGA产品相比，其每瓦逻辑结构性能将提高2倍。

其次是全新英特尔Agilex FPGA（代号Sundance Mesa），同样采用Intel 7制程工艺，旨在为边缘、嵌入式等应用场景提供高能效的性能。与英特尔AgilexD系列FPGA相比，Sundance Mesa将凭借更低功耗、更小外形规格和逻辑密度的优势，向更广阔的应用市场迈进。与业界其他16nm FPGA产品相比，Sundance Mesa具备1.6倍的每瓦性能。

然后是支持CXL和PCIe 5.0的英特尔Agilex FPGA，其基于Intel 7制程工艺和芯粒设计，其不仅能够支持Compute Express Link（CXL）和PCIe 5.0，亦提供了高带宽，从而为要求极为苛刻的处理器工作负载提供更大的加速，目前这也是唯一在器件中提供CXL支持的FPGA，因此与竞品相比，这款产品能够提供额外的带宽，虽然目前Agile仅支持CXL 1.1，但英特尔已经计划在未来的Agilex中支持CXL 2.0，据悉，目前的CXL和PCIe 5.0接口都已经通过了代号为Sapphire Rapid的第四代英特尔至强可扩展处理器的验证，确保了高质量的支持。

最后则是基于Intel7制程工艺和P4可编程性的英特尔Tofino扩展架构，其不仅能够实现更大的性能优化灵活性，亦能够在开放标准的情况下达到较低TCO（总体拥有成本）。

当前，FPGA主要广泛应用于云计算、网络，如5G、通讯和边缘市场，基于对用户需求的深度了解，英特尔始终致力于通过更小尺寸和更低功率的产品应对日益增长的需求，拿较新的Agilex FPGA系列来说，其具备较大的性能功耗比优势，无论是IPU还是边缘的多样化工作负载，都能从性能功耗上获得较大的收益。

诚然，在保证性能的前提下，追求低功耗设计是半导体行业近年来追逐的主要目标，除了采用低功耗工艺、降低时钟频率外，英特尔也通过许多自定义功能来帮助FPGA降低功耗。举例来说，FPGA产品中需要特定内存大小的功能以及不完全适合结构的逻辑功能都会导致比实现基础功能更高的功率消耗，因此，英特尔的Stratix FPGA、Agilex FPGA等产品可以针对不同负载所需的性能，在最优的电压情况下运行，以降低功耗，此外，还有例如考虑关闭未使用的IOs等系统层面的功能，也可以帮助节省更多电量和功耗。

“英特尔在全新Agilex FPGA中采取了对DSP、内存块的电源门控（power gating）设计以降低功耗，此外，亦有对于HPS的电源门控设计，例如硬处理系统旨在静态控制Arm内核并减少功耗泄漏。此外在架构层面也有很多不同的方式来优化并降低功耗。我们在设计层面做努力，同样用户也可以在部署和应用层面采取许多措施以节省电力。”DeepaliTrehan补充道。

除了低功耗设计之外，英特尔还具备一个比较独特的优势，即英特尔制造，事实上，过去几年内，半导体行业在工艺上遇到的挑战不可谓不小，但英特尔制造的成绩却保持稳定，这一方面归功于IDM2.0战略的稳步推进，另一方面也得益于英特尔广泛的生态。因此，无论是Agilex还是上一代的Stratix 10，英特尔FPGA产品的供应都十分充分，同时得益于紧密的产品方案级的合作，也能为客户带来更多的价值。

未来，英特尔可编程解决方案事业部的战略重点则会放在供应链、产品领导力，以及一流的用户使用体验三方面。

供应链角度来看，作为英特尔IDM 2.0战略的一部分，英特尔将在全球对领先产能进行投资，今年英特尔已经宣布在美国新的硅谷中心地带俄亥俄州投资200多亿美元建设两个新的尖端芯片工厂。这项投资开放了整个地区来帮助提高产量，以满足对先进半导体的不断增长的需求，为英特尔新一代的创新产品提供动力。这将有助于建立一个更具弹性的供应链，同时确保在未来几年内获得稳定的半导体。对PSG来说，可以帮助用户解决当下面临的供应问题。

产品领导力层面，可以看到的是Agilex性能功耗比不仅在市场上得到了非常正面的反馈，诸多用户的认可，同时也被用户应用在方方面面，以解决多样化问题，并推动用户创新。

用户体验层面，英特尔则始终追求一流的用户体验，无论是EDA设计工具，还是适合用户使用的软件工具，英特尔想从这方面来缩短用户的开发时间，通过友好的开发工具使得用户更方便的完成设计创新。

但随之而来的也有诸多挑战，首先是来自技术需求方面的挑战，例如在边缘侧产生的大量新需求，如4K、8K等高清视频处理需求、3D感知数据处理需求，以及AR产业催生出来的带宽和低延时需求等等，这些需求不仅需要更高的性能，还需要更低的功耗。

其次则是供应方面的挑战，受到疫情、成本等多方面因素影响，无论是晶圆、原材料或是封装，乃至先进工艺节点方面，都存在着不小的挑战。

最后则是来自开发难度方面的挑战，一方面是由于市场不断要求用户进行创新，同时还要规避失败的风险。另一方面，采用人工智能和其他新技术会使工具流程复杂化，因此会增加开发时间。

“英特尔始终具备业界领先的供应链和制造能力，基于此我们希望能够为所有的用户提供完整的FPGA体验，以及满足用户需求的产品。我们将在自身能力范围内，持续为用户提供不断创新的产品，这里也要说明一下，Stratix和Agilex都是在英特尔工厂里建造的，我们计划利用英特尔工厂来制造我们下一代的几个FPGA产品。我们知道，客户需要对他们的供应商和英特尔的可靠性有信心，我们希望通过管控好自身供应链的关键部分，使我们能够为用户提供更多的灵活性选择。所以我们希望成为客户长期的长期合作伙伴，赢取信任，持续向他们提供具备稳定供应性的领先产品。”Deepali Trehan总结道。

当然，除了在产品侧不断发力，推动FPGA创新以外，英特尔在中国也构建了强大的产业应用生态和加速人才培养，为行业发展打造新引擎。作为英特尔全球最大、亚洲唯一的FPGA创新中心，英特尔FPGA中国创新中心自创立之初便同步聚焦FPGA技术与生态。未来的中国创新中心也同样担负着更多使命，据英特尔可编程方案事业部中国总经理叶唯琛介绍，未来创新中心聚焦的领域主要集中在以下几点。

首先，在云加速方面，英特尔会把基于最新CPU的服务器，以及最新的基于Agilex、Stratix10等产品，应用不同应用中进行加速。利用创新中心为客户提供不同的工作负载，不同加速应用的测试场景，以帮助他们优化路径。

其次，在人才培养方面，通过编撰定制化书籍、提供专业化工具和高质量培训等举措，打造完善的专业FPGA人才培育体系，并通过助力产业峰会和诸多专业领域比赛，进一步提升人才实践技能。

最后在生态方面，英特尔希望将各个产业链聚集在一起，通过在不同领域中与产业伙伴的协同应用，将FPGA应用集成，并通过OEM、ODM的采用，降低准入门槛，从而缩短企业从进入到最后应用的时间。