CPU+fpga适应市场需求，从封装集成走向管芯集成

CPU+fpga将从封装集成走向管芯集成，昔日的竞争对手要在同一芯片上握手言和，这可能吗？

2015年底，英特尔完成了对fpga主流厂商Altera的收购。业界说这是一场双赢的“豪门婚姻”，如今大半年已过，且不论对英特尔未来战略布局的影响，想想fpga领域的其它玩家，喜耶悲耶？到底是少了一个劲敌还是无形中多了一个巨无霸对手？凭借英特尔的生态系统和代工实力，未来会有怎样的新玩法搅局？

在还需要时间回味之际，更大的变化已经在发生。

CPU+fpga适应市场需求，从封装集成走向管芯集成

作为一种可进行重复编程的逻辑组件阵列，fpga无论在通信网络、工业、数据中心、汽车、航工航天领域均发挥关键作用。

CPU作为通用处理器，分为两大门派，即以精简指令集（RISC）的ARM核为主，其在智能手机、嵌入式市场中大展身手，而复杂指令集CISC的拥趸——以英特尔X86架构为主，其在计算机、工业、数据中心等应用中攻城拔寨。

然而，随着越来越多的应用趋向于既具高速处理又兼具灵活性的系统，CPU+fpga的融合方案早年前就被付诸实践，如今比比皆是。

但以往的两条线或是fpga融合ARM核，比如fpga领导厂商Xilinx和Altera这些年不约而同纷推fpga内嵌ARM的融合架构，不仅对嵌入式系统重新定义，也为开拓新的蓝海提供了无限可能。

而英特尔于几年前发布的凌动E600 C系列，也将其凌动E600处理器和Altera的fpga集成到一个多芯片封装之中，开启融合新时代。

虽然融合之路并行不悖，但融合之道却相去甚远。

如英特尔是将CPU和fpga封装集成，而fpga厂商则是在fpga中嵌入ARM处理器，fpga与处理器之间通过AXI总线互联。以往它们各行其是，但随着摩尔定律的捉襟见肘和市场需求的演变，英特尔收购Altera之后的CPU+fpga融合之路或将走向新的“革命”。

从技术进程出发，一方面，后摩尔定律时代，传统材料、结构乃至工艺都在趋于极限状态，单纯通过工艺进步提升CPU性能已变得越来越难，但另一方面工艺技术的进步也让CPU+fpga等多核异构集成成为可能。

从市场演进来看，应用市场的要求不断高企，愈行愈近的5G、光网络不在话下，而智能汽车、数据中心、云计算、人工智能等更需要芯片“强强联手”。

变身为英特尔可编程解决方案事业部（PSG）的产品营销资深总监Patrick Dorsey对智慧产品圈（微信号：pieeco）记者举例说，未来智能汽车内的代码量达1亿行之多，每天将传输400G数据，并且要求更高的可扩展性和灵活性以及安全性，已不仅仅靠提升处理器工艺能解决，必须依靠CPU+fpga的异构计算、算法改进等创新来解决。

对于云计算和数据中心，也呈现越来越多由虚拟化和软件来定义的趋势，CPU+fpga的模式成最佳选择，在搜索、排序等算法方面显著加速并提升灵活性。

据预测，到2020年三分之一的云服务将基于CPU+fpga架构来呈现。

在市场的强力需求下，CPU+fpga融合之路愈加深入。

Patrick Dorsey强调，英特尔CPU+fpga将从封装集装走向管芯集成，通过集成降低延时提高性能，并降低功耗，为不同的性能需求提供更广泛的体系结构支持。

导读： CPU+fpga将从封装集成走向管芯集成，昔日的竞争对手要在同一芯片上握手言和，这可能吗？

寄予厚望 但须直面诸多挑战

瞄准未来市场，英特尔对CPU+fpga寄予厚望，相关动作也在加速，3月份时就宣布旗下内置fpga的至强处理器会在今年晚些时候上市。

然而真让CPU+fpga大行其道，还面临诸多无形挑战。

如今的fpga早已与几年前“单纯”的fpga不可同日而语，众多的ARM核、DSP、存储模块、高速收发器让其也成为集大成的SoC。

而如果未来的CPU+fpga封装集成将走向管芯集成，这是否意味着X86和ARM在经历多年的明争暗斗之后，将终于同“芯”协力？

一方面，英特尔的X86架构与ARM核的竞争早已如烈火烹油，但现在都要放下身段，能否真正的让X86+fpga+ARM齐“芯”协力？英特尔是否同意让ARM在自家芯片上获得新市场份额呢？

尽管目前ARM核与英特尔核不构成直接竞争，但未来究竟如何还取决于英特尔的气量以及两家公司未来的发展路数。

苏州万龙电气集团股份有限公司首席架构师唐晓泉认为，英特尔与ARM合作问题不应该是技术上的，更多在于权力与利益问题。未来到底是“此消彼长”，还是 “芯”照不宣地各司其职？

另一方面是功耗。

对数据中心而言，功耗无疑已成为数据中心“无法承受之重”。而fpga的功耗一般难以与同类匹敌，如何让CPU+fpga的创新架构能够力克这一难题呢？

Patrick Dorsey认为，英特尔将和PSG部门通力合作，将某些算法一些特定的串行指令转换成并行指令处理，这将可缩减50%甚至80%的功耗。目前已推出白皮书介绍fpga如何在人工智能领域的卷积神经网络计算中提升效能。

另外不得不说开发工具。

fpga和CPU集成之后，配套的开发工具也要相应跟进，完全统一的开发套件将让开发工作更加简便，器件的能耗比也将大幅提升。

但X86和ARM在底层上就是不同的，对寄存器等计算资源的调用也不同，两个平台的软件也需要重新再编译才能互相“交流”，完全统一的开发套装也将成为PSG的新奋斗目标。

未来路线明朗 微妙变化悄然产生

CPU+fpga成为双方“一统”之后迎战市场的最大战略，尽管也面临一些有形无形的挑战，但无论如何，已进入英特尔麾下的Altera，如何在英特尔庞大的生态体系中发挥自身的潜力，让“合体”展现不一样的实力，从双方的产品路线图或可一窥究竟。

英特尔PSG的下一代产品可从产品性能和工艺两个维度进行考量。

导读： CPU+fpga将从封装集成走向管芯集成，昔日的竞争对手要在同一芯片上握手言和，这可能吗？

Patrick Dorsey介绍说，其中开发代号为Harrisville的低端产品，用于工业IoT、汽车等领域，采用英特尔22nm工艺技术；代号为Falcon Mesa(MR) 的中端产品，主要应用于4.5G/5G无线、UHD/8K广播视频、工业IoT和汽车领域，采用英特尔10nm工艺技术；代号为Falcon Mesa(HE) 的高端产品，主要应用于云和加速、太比特系统、高速信号处理领域，采用英特尔10nm工艺技术。

Patrick Dorsey特意提到，Altera的一个高端旗舰系列Straitx的最新一代产品Stratix 10 fpga，将采用英特尔14纳米三栅极晶体管工艺。

在性能、功效、密度和系统集成方面具有突破性优势，采用英特尔特有的嵌入式多芯片桥接技术，可提供更高带宽和更低延时，性能提升了2 倍，功耗降低了 70%，已在工厂封装测试。

Straitx 10芯片集成ARM核，这将是第一个在英特尔生产的带ARM核的fpga。

而从工艺来看，Altera近些年一直与全球最大的代工厂台积电合作。但在今年及以后，这种工艺合作能持续多久还待观察，毕竟英特尔和台积电在工艺领域的较量一直趋白热化。

但Patrick Dorsey说，由于fpga寿命很长，Altera与台积电之间的战略合作还会继续，一些新品也仍在台积电生产。不过很明显，未来在英特尔生产的比例将越来越大。英特尔和台积电在代工领域的竞合关系也将更加微妙。

英特尔的“豪”气不只在收购之际，收购之后更是大手笔频仍。

连已经与fpga打交道20年的Patrick Dorsey都感叹，英特尔今年已对PSG部门大幅投资，增加了30%的开发人员，高速收发器研发人员更是增加了一倍，其中一个主要目标是确保Straitx10以最快速度上市，而这样的投资力度可谓史无前例。

CPU+fpga路线已定，但这必定是一段需要重“芯”出发的旅程，这段旅程的“风景”如何，让我们拭目以待。

推荐阅读：什么是fpga？