在數據即將成為核心資源的時代， 英特爾準備了這樣一個殺手鐧

作為全球雲計算領域的頂級峰會之一，2017 杭州雲棲大會自然吸引了眾多的行業參與者。這其中，除了擁有主場地位的阿里巴巴及其下屬諸公司，最具存在感的當屬英特爾。作為本次大會唯一的戰略合作夥伴，英特爾以「以雲端創新應對複雜需求」為口號，在多場論壇中充分介紹了自家在人工智慧、雲計算、大數據等核心領域的諸多技術優勢。

其中，FPGA 技術作為英特爾反覆強調的重點，成功地引起了雷鋒網的注意。

FPGA（Field Programmable Gate Array，現場可編程門陣列）從一個專門領域的技術名詞回歸到主流技術發展的視野，其實是近兩年的事情；尤其是隨著整個行業對相關數據處理速度的要求大幅度提升，FPGA 的重要性被整個行業重新認識。

在涉足 FPGA 之前，英特爾在數據處理上其實一直有著自己的優勢，它的英特爾?至強?處理器系列一直被眾多雲服務提供商，以及擁有私有雲或自有IT基礎設施的用戶所認可和採用。然而隨著數據的爆髮式增長，形形色色的數據中心必須要承載複雜計算，處理更大的數據集，如進行大數據分析、機器學習等挑戰性工作。這時候，數據中心如果還僅配備通用處理器，將難以兼顧多樣化且日趨複雜的數據處理需求了。

這時候，英特爾就把目光轉向了 FPGA。

從名稱來看，FPGA 的一大重要技術特徵，就是能在使用過程中對晶元硬體結構進行重新編程，以便適應新的任務，這種靈活的、可定製的特性是現有的CPU 和 GPU 都無法具備的。採用 FPGA 技術，用戶可以先將晶元進行編程，用於機器學習；再將晶元重新編程，以用於邏輯計算……同一塊晶元可以實現不同的自定義功能；如此一來，就可以大大提升運行特定任務時的數據處理能力。

根據報道，瑞士蘇黎世聯邦理工學院（ETH Zurich）開展的一系列研究發現，基於FPGA的某些應用加速相比 CPU/GPU 實現方案，其在單位功耗上的性能（即能效）可提升 25 倍，而時延則縮短 50 到 75 倍。FPGA同時還能實現出色的 I/O 集成，比如說 PCIe、DDR4 SDRAM 介面、高速乙太網等。此外，在單晶元上實現高能效的同時，英特爾還可以利用FPGA在板卡級別提供較低功耗的系統方案。

更重要的是，基於 FPGA 的加速器，可部署在幾乎所有類型的伺服器中。

於是在 2015 年 6 月，英特爾宣布以167 億美元的價格收購全球第二大 FPGA 廠商 Altera，這是英特爾成立以來涉及金額最大的一筆收購。當時英特爾高層稱這次收購讓英特爾與 Altera 的產品在數據中心內能更好地滿足客戶的需求，即兼顧更高的性能和更低的功耗。比如說，Altera的FPGA產品可以與英特爾至強處理器形成高度定製化、整合型的產品。

英特爾完成對 Altera 的收購之後，後者就發展成了英特爾可編程解決方案事業部 (Programmable Solution Group)，專註於 5G 無線通訊、雷達和航天、網路、雲計算、智慧城市和無人駕駛車輛等領域的 FPGA 業務；與此同時，英特爾也在積極地把處理器方面的先進技術和市場優勢引入到Altera的產品中。

在 Altera 原有的高、中、低三條產品線布局的基礎上，英特爾提出為不同客戶需求提供不同類型的異構架構方案，包括分立的 CPU+FPGA、封裝集成的 CPU+FPGA、以及將CPU和FPGA進行管芯集成的方案。

這些方案的異構優勢明顯，特別是通過集成，不但能夠降低延時，提高性能和效能，更可以統一CPU和 FPGA 之間的工具流程，為不同的性能需求提供更廣泛的體系結構支持。

收購 Altera 後不久，英特爾首次公開演示了基於英特爾14 納米三柵極製程的 Stratix 10 FPGA 中集成的先進收發器技術，它可以支持1Gbps-56 Gbps 的數據速率；與前代產品相比，它在實現性能翻番的同時，還減少了 70% 的能耗。

該產品的一個亮點，是使用異構系統級封裝（SiP）方法來集成收發器，收發器塊和單片 FPGA 內核架構被英特爾的嵌入式多管芯互聯橋接技術連接在一起，構成了SiP（System In the Package，封裝內系統） FPGA。相對而言，這種FPGA的優勢在於利用封裝內部互聯代替了片外通信，使通信帶寬可以提升 10 倍，從而有效解決了傳統 FPGA 的瓶頸。

英特爾目前已擁有 Stratix 10、Arria 10 、Cyclone 10、MAX 10等全系列 FPGA產品，並針對各種不同應用提供優化的成本、功耗和性能組合。

FPGA 助力雲計算加速

除了發力FPGA技術本身，英特爾作為伺服器晶元領域的領先廠商，一直都在推動FPGA 與 CPU 整合的同時，積極擴展其在雲計算和數據中心領域的應用。

英特爾可編程解決方案事業部成立以來，已陸續推出多款可與英特爾處理器協作的FPGA晶元產品，包括上文提及的Arria 10，Stratix 10及Cyclone 10系列。其中Arria 10 FPGA已經全面量產，並逐步部署在英特爾眾多合作夥伴的系統和解決方案中，為它們帶來數據處理速度上的大幅提升。就在本月，英特爾又公布了基於Arria 10 FPGA的英特爾可編程加速卡產品，這必將引發FPGA加速業務的更快速增長。

在利用FPGA加速數據中心應用的實際效果上，我們可以看到一些非常顯著的例子，比如說SWARM64 在使用英特爾的 FPGA 加速技術後，實時數據分析速度可提高 5 倍以上，傳統數據倉儲提高 2 倍以上，存儲壓縮提高 3 倍以上。

而在基因測序中，博德研究所利用英特爾FPGA 的高性能並行處理能力，可以將 Pair-HMM 演算法能力提高 50 倍，總業務效率提高 1.2倍。此外，Attala System公司也利用英特爾FPGA技術，將存儲系統數據訪問遲延降低了57%-72%。

然而，很多用戶可能會在看到FPGA帶來的卓越能效的同時，質疑它是否易於使用。傳統的FPGA開發確實需要開發者具備深層次的硬體知識，這曾使系統和軟體開發者遇到過不少使用FPGA的困難。而英特爾已通過各種努力大大簡化了開發流程，其中特別值得一提的，是推出了面向英特爾至強處理器和FPGA的加速堆棧，內含驅動程序、應用程序介面 (API) 和 FPGA 介面管理器。搭配加速庫和開發工具，該加速堆棧可節省開發人員的時間，支持在多個英特爾 FPGA 平台中重複使用代碼，並能在英特爾 FPGA 和英特爾至強處理器之間提供性能優化的連接。

為進一步簡化 FPGA 在伺服器中的使用，英特爾最新公布的、基於Arria 10 FPGA的英特爾可編程加速卡產品支持內嵌和旁路加速，具備 FPGA 加速的強大性能和多功能性，也具有最小尺寸外形、低功耗和被動式散熱器，可更為方便地部署在各種伺服器中。

在本次杭州雲棲大會現場，英特爾就使用基於Arria 10 FPGA的英特爾可編程加速卡產品，進行了執行大量圖像識別任務的演示。該任務在 CPU 單獨承載的情況下，能達到100% 的 CPU 佔有率，而在英特爾可編程加速卡的輔助下，CPU的佔有率穩定在40%左右，耗電功率僅為 40 余瓦。

除了已經得到廣泛應用的 Arria 10 FPGA 晶元及其相關的可編程加速卡，英特爾 FPGA 晶元的高端之作 Startix 10 可編程加速卡，也在本次杭州雲棲大會上亮相。實際上，在此前舉行的 2017 年高效能晶元大會上，微軟已宣布選擇英特爾 Stratix 10 FPGA ，作為其新的深度學習加速平台的關鍵硬體加速器。

用戶和合作夥伴的認可，也在進一步激發英特爾在FPGA 領域的探索步伐。

在上月舉辦的「英特爾精尖製造日」上，英特爾就率先展示了採用自有 10 納米（10nm）FinFET 製程技術製造的 FPGA 產品（代號為「Falcon Mesa」），它們未來將被用於滿足數據中心、無線 5G、網路功能虛擬化（NFV）、汽車、工業和軍事/航天應用的加速和計算需求。

Falcon Mesa FPGA 產品家族將支持 112Gbps 串列收發器鏈路，以及包括 PCI Express Gen4 x16 在內的最新外圍設備互聯技術，可面向下一代數據中心，提供高達每通道 16GT/s 的數據傳輸率。此外，它還將支持第二代嵌入式多管芯互聯橋接技術（EMIB）封裝技術、下一代高帶寬內存（HBM）和第二代 HyperFlex 架構等多項尖端技術。

正如英特爾可編程解決方案事業部亞太區副總裁庄秉翰（Hans Chuang）在本次雲棲大會上所言：在人工智慧和大數據時代，數十億設備正在時刻產生海量數據；而無論是在數據分析領域，還是在雲計算領域，英特爾 FPGA都能扮演重要角色，幫助收集和分析這些海量數據，使服務提供商、數據中心、雲計算和存儲系統能夠有效地管理這些數據，並使網路能夠快速向用戶提供、分享大量的數據和內容。

由此可以想見，在「數據將成為核心資源」的未來，海量數據將對數據中心、雲計算、數據終端等諸多層面產生新的挑戰和需求，但毋庸置疑的是，FPGA 的潛力越是在這種情形下，越能得到更為充分的釋放。想來，英特爾的 FPGA 技術，也必將是隨著數據洪流水漲船高、大有可為。

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