從提供硬件轉(zhuǎn)向軟件平臺(tái)服務(wù)，F(xiàn)PGA廠商在新賽道上展開激烈角逐

圖靈獎(jiǎng)得主 John Hennessy 和 Dave Patterson 曾經(jīng)表示，架構(gòu)已經(jīng)進(jìn)入新的黃金時(shí)代。傳統(tǒng)架構(gòu)顯然已經(jīng)無法滿足現(xiàn)有的數(shù)據(jù)處理任務(wù)，更不用說應(yīng)對(duì)未來的需求，行業(yè)亟需架構(gòu)的創(chuàng)新。確實(shí)，隨著 5G 、AI、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)及自動(dòng)駕駛等新一代信息技術(shù)快速演進(jìn)，全球數(shù)據(jù)正呈指數(shù)級(jí)增長并呈海量聚焦態(tài)勢(shì)。IDC 預(yù)測，到 2025 年，全球的數(shù)據(jù)量會(huì)增加到 175ZB。數(shù)據(jù)量的急速膨脹，給數(shù)據(jù)中心帶來前所未有的壓力，從硬件到軟件都要進(jìn)行全面革新，計(jì)算機(jī)架構(gòu)已經(jīng)從單核演進(jìn)到多核，甚至將 CPU、GPU、FPGA 進(jìn)行多核異構(gòu)，從而滿足未來數(shù)據(jù)處理對(duì)算力的需求。

“去年年初，我們提出了三大戰(zhàn)略：數(shù)據(jù)中心優(yōu)先、加速核心市場發(fā)展和驅(qū)動(dòng)靈活應(yīng)變的計(jì)算?！痹?2019 XDF 上，賽靈思全球總裁兼 CEO Victor Peng 介紹，“經(jīng)過逾一年半的發(fā)展，我們?cè)跀?shù)據(jù)中心、人工智能、 5G 等行業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大市場。截止到 9 月底，數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)在這一季度同比增長 24%，季度增長 92%。我們?cè)跀?shù)據(jù)中心的量產(chǎn)部署還處于非常早期階的段，這一增長反映了自適應(yīng)計(jì)算價(jià)值優(yōu)勢(shì)的開啟。在生態(tài)方面，我們已經(jīng)開始與服務(wù)器 OEM 提供商如 Dell、 HP、浪潮等攜手 Alveo 加速，培訓(xùn)企業(yè)及學(xué)術(shù)界用戶達(dá) 7,000 多人，加入賽靈思加速器計(jì)劃的合作伙伴已經(jīng)達(dá) 800 多家，應(yīng)用發(fā)布近 100 個(gè)?！?/p>

賽靈思全球總裁兼 CEO Victor Peng

數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)確實(shí)是塊“肥肉”，從市場規(guī)?？?，數(shù)據(jù)中心到 2023 年總體規(guī)模預(yù)計(jì)會(huì)超過 3000 億美元，加速器市場在 2021 年會(huì)超過 200 億美元，F(xiàn)PGA 市場在 2022 年會(huì)超過 75 億美元。無論對(duì)于 FPGA 廠商、加速卡供應(yīng)商，還是服務(wù)器供應(yīng)商，都是前途一片光明。

浪潮集團(tuán)高級(jí)副總裁彭震表示，當(dāng)前，融合發(fā)展正在引發(fā)數(shù)據(jù)中心新一輪變革，計(jì)算、存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)的模塊融合，軟硬件一體化的平臺(tái)融合，IT、CT 和 OT 的跨技術(shù)融合，以及“互聯(lián)網(wǎng)+”、“物聯(lián)網(wǎng)+“與“智能+”的跨產(chǎn)業(yè)融合，對(duì)計(jì)算范式的靈活性和計(jì)算架構(gòu)的開放性均帶來新的挑戰(zhàn)。在數(shù)據(jù)中心融合發(fā)展趨勢(shì)下，通過硬件重構(gòu)+軟件定義的融合架構(gòu)模式，構(gòu)建敏捷、可重構(gòu)、高性能功耗比的可定制計(jì)算將是未來數(shù)據(jù)中心創(chuàng)新的重要解決之道。浪潮通過 JDM 模式，與合作伙伴一起聯(lián)合創(chuàng)新，基于對(duì)云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能的深入理解，共同創(chuàng)新開發(fā)新的產(chǎn)品。IDC 數(shù)據(jù)顯示，2019 年第三季度，浪潮服務(wù)器出貨量和銷售額均為全球前三，中國第一；2019 年上半年，浪潮在中國的 AI 服務(wù)器市場貢獻(xiàn)了超過 50%的市場份額，穩(wěn)居中國第一。

百度技術(shù)經(jīng)理張紅光介紹，百度大腦已經(jīng)構(gòu)建了完整的 AI 技術(shù)體系，目前已接入 150 多萬開發(fā)者，開放 228 項(xiàng)技術(shù)能力。聯(lián)合賽靈思的 FPGA，百度大腦在 AI 算法、計(jì)算架構(gòu)和應(yīng)用場景融合創(chuàng)新的基礎(chǔ)上，已升級(jí)為軟硬一體 AI 大生產(chǎn)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了 AI 技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化、自動(dòng)化、模塊化。

在阿里巴巴的云和智能 FPGA 異構(gòu)機(jī)損負(fù)責(zé)人張振祥看來，F(xiàn)PGA 的開發(fā)和使用存在著天然的高門檻，F(xiàn)PGA 能夠被客戶接受的最重要因素是簡單易用，最好能和 CPU、GPU 一樣容易上手使用。因此，F(xiàn)PGA 異構(gòu)計(jì)算一直在易用、穩(wěn)定、安全這三個(gè)特性上不遺余力地進(jìn)行投入和研發(fā)。阿里云異構(gòu) FPGA 計(jì)算經(jīng)過了 2018 年和 2019 年兩次雙十一大促的考驗(yàn)，沒有出現(xiàn)任何問題。在安全問題上，客戶可以放心地把解決方案部署到阿里云上。

數(shù)據(jù)中心這塊“肥肉”誰都不想拱手讓人

2018 年英特爾全球營收首次超過 700 億美元，達(dá)到 708 億美元，數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)占比高達(dá) 48%，粗略一算，英特爾僅在數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)的營收就達(dá)到 340 億美元，這與英特爾轉(zhuǎn)向“以數(shù)據(jù)為中心”的決策有莫大的關(guān)系。英特爾也在感嘆，當(dāng)年收購 Altera 是一個(gè)多么英明的決定，有了 CPU、GPU，加上 AI 芯片、FPGA 妥妥地?zé)o人能敵。就在上個(gè)月，英特爾在 FPGA 技術(shù)上又發(fā)了一把力，推出了 Stratix 10 GX 10M FPGA，包含 1020 萬個(gè)邏輯單元，433 億晶體管，成為當(dāng)前密度最高的 FPGA 芯片，雖然英特爾一再表示，這款芯片主要用于 ASIC 驗(yàn)證和仿真，但是對(duì)于加速卡產(chǎn)品來說無疑又多了一個(gè)選項(xiàng)。

作為 FPGA 市場的霸主，賽靈思也早就看準(zhǔn)了這一市場機(jī)會(huì)。在去年的 XDF 上，賽靈思就推出了 Alveo 加速器卡，推動(dòng)數(shù)據(jù)中心優(yōu)先戰(zhàn)略。Victor Peng 表示，“Alveo 就是要大幅提升云端和本地?cái)?shù)據(jù)中心中業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)器性能，推動(dòng)自適應(yīng)器件的普及應(yīng)用。這一產(chǎn)品系列目前已擴(kuò)展至 Alveo U50、U200、U250、U280 四款產(chǎn)品，并已在美國、歐洲和中國市場得到廣泛應(yīng)用。今年 4 月，我們收購了 Solarflare 通信公司，將 FPGA、MPSoC 和 ACAP 解決方案與 Solarflare 的超低時(shí)延網(wǎng)絡(luò)接口卡（NIC）技術(shù)以及 Onload 應(yīng)用加速軟件相結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)全新的融合 SmartNIC 解決方案。”

就在前不久，作為 FPGA 領(lǐng)域新秀的 Achronix，也聯(lián)合 Molex 的子公司 BittWare 打造了一款高速 FPGA 加速卡 --VectorPath PCIe 加速卡。在創(chuàng)業(yè)初期，Achronix 是做 eFPGA 起家的，當(dāng)時(shí)只做 FPGA IP 授權(quán)，隨著技術(shù)實(shí)力和資金實(shí)力的增強(qiáng)，去年推出了 Speedater7t FPGA 芯片，今年在擴(kuò)展業(yè)務(wù)首先就想到了做加速卡。BittWare 之所以選中 Achronix 的 FPGA 芯片，就是看重了 Speedater7t 的高性能（具體詳情見：抓住 AI 帶來的 3 倍飆升，這家公司拼力打造“FPGA+”實(shí)現(xiàn)突破：http://wlkxw.cn/fpga/440725），而且在市場競爭中找到了與大廠不同的位置。BittWare 公司副總裁 Sam Bichara 對(duì)與非網(wǎng)記者表示，在市場上，PCIe 加速卡應(yīng)用越來越多，在兩、三年前，一類規(guī)模廠商開始將加速卡引入數(shù)據(jù)中心，他們的工程師資源比較充分，可以把芯片直接做到主板中，而對(duì)于小型數(shù)據(jù)中心，工程師資源匱乏，可以基于 PCIe 加速卡發(fā)揮 FPGA 的優(yōu)勢(shì)，這就是 Achronix 的市場機(jī)會(huì)。

都說 FPGA 市場基本走向壟斷，大部分都被英特爾和賽靈思收入囊中，但是面對(duì)數(shù)據(jù)中心巨大的市場誘惑，還是有創(chuàng)業(yè)者愿意來試一把，Achronix 就是其中之一。

FPGA廠商“齊步”走向平臺(tái)化

面對(duì)當(dāng)前半導(dǎo)體市場的競爭格局，芯片廠商只提供芯片已經(jīng)成為一種過時(shí)的市場策略，大部分芯片公司在幾年前就已經(jīng)紛紛針對(duì)不同的應(yīng)用提供全套的解決方案，這一做法和聯(lián)發(fā)科當(dāng)年?duì)帄Z手機(jī)市場的做法如出一轍。但是 FPGA 市場似乎更快一步，直接從單純提供硬件轉(zhuǎn)向平臺(tái)化服務(wù)，賽靈思推出了 Vitis 軟硬件統(tǒng)一平臺(tái)，英特爾推出了 OneAPI。

賽靈思向平臺(tái)化轉(zhuǎn)型的策略在五、六年前就已經(jīng)開啟，當(dāng)年的 SDAccel 就是 Vitis 的早期原型。關(guān)于 Vitis 的研發(fā)背景，賽靈思軟件與 AI 產(chǎn)品市場營銷副總裁羅明做出了分析，從 2000 年開始，CPU 的主頻就已經(jīng)達(dá)到 2GHz-4GHz，后面的 20 年沒有多大進(jìn)步。為了提升計(jì)算速度，人們開始采用多核 CPU，但是能效止步不前，于是出現(xiàn)了多核異構(gòu)，但是固定的架構(gòu)難以趕上 AI 的創(chuàng)新速度，我們要打造一款自適應(yīng)平臺(tái)，讓芯片針對(duì)不同的應(yīng)用進(jìn)行硬件優(yōu)化，這就是 Vitis 統(tǒng)一軟件平臺(tái)，Vitis 可以將從云到邊緣的所有開發(fā)統(tǒng)一起來。

針對(duì) AI 應(yīng)用，賽靈思還發(fā)布了 Vitis AI，軟件工程師可以進(jìn)行加速、特定領(lǐng)域的程序編寫，AI 的科學(xué)家可以把應(yīng)用程序接入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，然后反饋給軟件開發(fā)人員，這樣軟件工程師和 AI 就實(shí)現(xiàn)了統(tǒng)一。亞馬遜 AWS 是第一個(gè)采用 FPGA 云服務(wù)的提供商，百度、騰訊、阿里巴巴緊隨其后。針對(duì)云和邊緣，把所有環(huán)境、語言、庫統(tǒng)一到一個(gè)平臺(tái)上來，Vitis 確實(shí)很吸引人。

再看英特爾的 oneApp，和 Vitis 有著異曲同工之妙，其核心概念是提供統(tǒng)一的編程模型，簡化跨不同架構(gòu)的開發(fā)，開發(fā)人員可在標(biāo)量、矢量、矩陣和空間架構(gòu)（CPU、GPU、AI 和 FPGA）上獲得統(tǒng)一的開發(fā)體驗(yàn)；基于標(biāo)準(zhǔn)的跨架構(gòu)語言，可以在 CPU 與其它加速計(jì)算引擎間提供卓越的并行編程效率和性能的語言，支持針對(duì)不同硬件平臺(tái)的代碼復(fù)用，同時(shí)可以針對(duì)特定加速計(jì)算引擎的進(jìn)行定制調(diào)優(yōu)。

“我們利用跨行業(yè)開放的解決方案，替代單一架構(gòu)的專有語言?！?英特爾網(wǎng)絡(luò)和自定義邏輯事業(yè)部副總裁 Patrick Dorsey 向與非網(wǎng)記者解釋，“讓硬件工程師做好優(yōu)化庫，采取庫的戰(zhàn)略，簡化軟件工程師的工作。當(dāng)然，一定是硬件定制化才能達(dá)到最好的性能，用戶需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選擇。oneAPI 不止是針對(duì) FPGA，而是針對(duì)更廣泛的群體，包括 GPU、CPU、AI 都可以使用 oneAPI?！?/p>

從應(yīng)用范圍來看，似乎英特爾的格局更大，囊括了 CPU、GPU、AI 和 FPGA 等旗下的所有產(chǎn)品，但是賽靈思選擇了將 Vitis AI 開源，用戶可以免費(fèi)下載。賽靈思把工具交給客戶，讓他們可以無縫集成在自己的開發(fā)環(huán)境里。羅明也強(qiáng)調(diào)，我們采用業(yè)界熟悉的標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)把工具、資源、代碼開放給客戶，讓客戶直接使用。我們的目的是賦能軟件開發(fā)人員，讓他們?cè)谧赃m應(yīng)開發(fā)平臺(tái)上釋放自己創(chuàng)新力的開發(fā)工具。

從 Vivado 設(shè)計(jì)套件、SDNet 軟件定義規(guī)范環(huán)境，到針對(duì)數(shù)據(jù)中心的 SDAccel 開發(fā)環(huán)境、面向 SoC/MPSoC 嵌入式 C/C++應(yīng)用開發(fā)的 SDSoC，再到面向云端應(yīng)用的可重配置加速堆棧的 reVISION 堆棧，以及現(xiàn)在的 Vitis，賽靈思向著“All-Programmable”一路狂奔。羅明也表示，我們公司在進(jìn)行戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型，從傳統(tǒng)硬件公司轉(zhuǎn)型成為軟件的平臺(tái)公司，我們理念就是擁抱開源，把免費(fèi)工具貢獻(xiàn)給大家。Vivado 針對(duì)的是硬件工程師，Vitis 和 Vitis AI 針對(duì)的是軟件工程師以及 AI 科學(xué)家?，F(xiàn)在全球硬件開發(fā)者大約只有 10 萬、20 萬人，而軟件開發(fā)人員則數(shù)以幾百萬計(jì)。

FPGA 市場的整體發(fā)展趨勢(shì)是從單純提供硬件轉(zhuǎn)向軟件平臺(tái)服務(wù)。英特爾計(jì)劃通過 oneAPI 打通旗下各種硬件平臺(tái)，簡化用戶的選型過程；賽靈思是要通過 Vitis 吸引更多軟件工程師加入，擴(kuò)大用戶群體。從傳統(tǒng)硬件公司轉(zhuǎn)向軟件平臺(tái)公司，雖然在體量上賽靈思和英特爾不在一個(gè)量級(jí)，但是運(yùn)營思路是一致的，開源軟件為硬件業(yè)務(wù)吸納更多用戶，兩家公司對(duì)自己的定位都是通過銷售硬件盈利。