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英特尔与赛灵思的竞争将会研制更强大的FPGA器件

2020年01月14日 16:03 次阅读

(文章来源:钛媒体APP)

FPGA芯片比CPU更快,比GPU功耗更低、延时更短,且比ASIC更加便宜、周期更短,因此在目前人工智能芯片领域备受青睐。作为FPGA的发明者,赛灵思本在FPGA硬件领域独霸天下,稳立鳌头,但随着2015年英特尔收购了FPGA“老二”Altera之后,局势发生了改变。英特尔在Altera技术的助力下,抢夺赛灵思的奶酪以期在人工智能领域占据更大市场空间,最近一段时间对于“世界最大FPGA”的争夺让双方的较量更上了一个台阶。

2019年8月下旬,赛灵思发布了当时“世界上最大”的FPGA芯片Virtex UltraScale+ VU19P。这款基于台积电16nm工艺制造,集成了350亿个晶体管的器件,拥有当时单器件最高的逻辑密度和I/O数量,包括超过2000个用户可编程引脚、900万可编程逻辑单元、224Mb片上内存以及3800个DSP单元,比它的前一代产品——基于20nm工艺的Virtex UltraScale 440 FPGA要大60%。

然而,仅两个月后,赛灵思“世界最大FPGA”的宝座就被英特尔给抢走了。11月上旬,英特尔宣布推出Stratix10 GX 10M FPGA,成为新的“世界上最大”的FPGA芯片。与赛灵思VU19P的配置相比,英特尔StraTIx10 GX 10M基于自家14nm工艺制造,有着433亿晶体管、1020万可编程逻辑单元,以及2304个可编程I/O,几个方面都完胜VU19P。

眼瞅着风头被抢走,赛灵思方不得不一再强调,赛灵思才是一直拥有最大容量FPGA产品的一方,三代产品都是如此,“英特尔说它们有着最先进的科技或者最大容量的FPGA产品,但是我们还需要看到它真正交付的货物是什么样的,是否能给客户按期交货”,赛灵思总裁兼首席执行官Victor Peng说。

为什么“世界最大FPGA”受到如此重视呢?这一方面是因为超大型FPGA在硬件仿真和原型验证领域有着不可或缺的作用;另一方面,“世界最大”的名头是芯片厂商的“肌肉”,谁能制造出这种超大型芯片,就代表谁拥有更复杂的系统集成和封装技术。

英特尔与赛灵思的竞争将会研制更强大的FPGA器件

赛灵思一直采用的是堆叠硅片互联技术(SSI),这种技术的主要缺点是多个硅片之间存在硬边界,它们只能通过硅中间层进行互联和通信,从而导致明显的性能瓶颈。在最新的ACAP器件中,赛灵思针对性地进行了优化。相比之下,英特尔使用的是以嵌入式多管芯互联桥接(EMIB)为核心的3D系统级封装技术,EMIB没有引入额外的硅中介层,而是只在两枚硅片边缘连接处加入了一条硅桥接层(Silicon Bridge),并重新定制化硅片边缘的I/O引脚以配合桥接标准。

与SSI相比,EMIB系统制造复杂度大幅降低,且硅片间传输延时大幅减少。EMIB在StraTIx 10 FPGA上早有应用,例如,在MX系列中,就通过EMIB集成了所谓的“3D堆栈式高带宽内存”(HBM)。此外,EMIB还可以用来连接各类收发器单元,这种基于EMIB的异构集成方式非常灵活,通过芯片集的方式使得相同的FPGA硅片可以搭配不同的收发器、HBM、CPU等单元,进行快速的系统级芯片集成。

最新发布的StraTIx10 GX 10M是英特尔首次将两个拥有510万可编程逻辑单元的大型FPGA硅片,通过EMIB相连,由此形成一个超大FPGA。这两个FPGA硅片通过25920个EMIB数据接口进行互联,其中每个数据连接可以提供2Gbps的吞吐量,因此系统整体的通信吞吐量高达6.5TBps。

发布这样的产品,实际上是英特尔在宣布EMIB技术完全可以处理超高带宽的吞吐量需求。另外,英特尔FPGA采用的3D系统级封装技术对芯片的良率也有较高的要求,因为它虽然是异构集成技术,但依赖于每个组成部分的同构性。也就是说,FPGA的可编程逻辑阵列本身是一整片硅片,但通过StraTIx10 GX 10M可以看到,EMIB也可以用来作为同构芯片的互联技术,这样就大幅扩展了这种3D封装技术的适用程度。此外,单个FPGA硅片已经可以做到510万个逻辑单元,这也说明英特尔14nm工艺已经非常成熟。

而且EMIB并不是英特尔唯一的3D互联和集成技术。2019年初,英特尔就公布了一项名为Foveros的“真”3D封装技术,它可以将诸如CPU、GPU、DRAM、Cache等功能单元的裸片堆叠在一起,然后再封装成为一枚完整的芯片。Foveros将在英特尔基于10纳米工艺的Lakefiled上采用。

虽然很多人将FPGA比作积木,可以用来实现各种应用,但制造FPGA本身并不像搭积木那样简单。“世界最大FPGA”之争需要的是竞争各方的科技实力,英赛两强相争必然会研制更大、更复杂的FPGA器件,从而驱动更新更好技术的出现,促进行业更快地进步。
      (责任编辑:fqj)

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