現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列（FPGA）一直是半導(dǎo)體市場(chǎng)中的另類(lèi)物種。它從僅僅只有幾個(gè)邏輯門(mén)、可以用來(lái)模擬其他硬件并進(jìn)而運(yùn)行軟件開(kāi)始向前演進(jìn)；在FPGA一直在遵循著其自有的演進(jìn)之路的同時(shí)，它們也在利用為通用中央處理器（CPU）和定制化專(zhuān)用集成電路（ASIC）開(kāi)發(fā)的其他技術(shù)。

在2020年1月22日于舊金山GlassHouse舉辦的“下一代FPGA平臺(tái)（TheNextFPGAPlatform）”活動(dòng)上，這成為了我們與Achronix產(chǎn)品規(guī)劃及業(yè)務(wù)拓展副總裁ManojRoge對(duì)話的主題之一。成立于2004年的Achronix是FPGA市場(chǎng)中比較新的玩家，目前得到的發(fā)展動(dòng)力強(qiáng)于其他更大的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。

Roge對(duì)重要FPGA玩家的產(chǎn)品和策略并不陌生。從上世紀(jì)九十年代中期到21世紀(jì)前十年中期，Roge是Cypress半導(dǎo)體公司的產(chǎn)品線經(jīng)理，在不同的管理職位上負(fù)責(zé)管理相應(yīng)的產(chǎn)品線。在2005年，Roge擔(dān)任Altera的產(chǎn)品規(guī)劃資深經(jīng)理，掌管該公司的65nm和40nm產(chǎn)品和市場(chǎng)策略。當(dāng)時(shí)，Achronix才創(chuàng)立不久。五年之后，Roge成為了Xilinx的產(chǎn)品規(guī)劃總監(jiān)，負(fù)責(zé)該公司的產(chǎn)品路線圖和生態(tài)系統(tǒng)。四年之后，他成為了推動(dòng)其數(shù)據(jù)中心和通信產(chǎn)品線的規(guī)劃和市場(chǎng)營(yíng)銷(xiāo)總監(jiān)。在2017年的夏天，Roge在Achronix得到了其現(xiàn)有的職務(wù)，負(fù)責(zé)又一家FPGA供應(yīng)商的策略及路線圖。這樣的經(jīng)歷給他帶來(lái)了獨(dú)特的視角，Roge對(duì)此倍感興奮，而不覺(jué)得是無(wú)新意的重復(fù)。

“該領(lǐng)域能給大家?guī)?lái)諸多興奮點(diǎn)，其原因有多個(gè)，”Roge告訴TheNextPlatform雜志。“第一點(diǎn)就是數(shù)據(jù)中心中的關(guān)鍵工作負(fù)載正在以快速的、全新的節(jié)奏在改變，諸如機(jī)器學(xué)習(xí)等新的功能正在加入其中。每個(gè)人都在期盼著指數(shù)級(jí)的功耗降低和性?xún)r(jià)比提升，這是因?yàn)槟悴荒軆H僅靠部署越來(lái)越多的CPU來(lái)擴(kuò)展數(shù)據(jù)中心的規(guī)模，我認(rèn)為現(xiàn)在的業(yè)界共識(shí)是你需要異構(gòu)的加速器。FPGA是一個(gè)選項(xiàng)，為了讓你的數(shù)據(jù)中心在未來(lái)不過(guò)時(shí)，通過(guò)部署FPGA技術(shù)可帶來(lái)多種優(yōu)點(diǎn)。”

這種可塑性——我們已經(jīng)聽(tīng)到許多人將FPGA描述為“動(dòng)態(tài)的ASIC”，而我們更愿意稱(chēng)其為“動(dòng)態(tài)虛擬ASIC”，這是因?yàn)樗鼈兺ǔ１憩F(xiàn)為帶有可編程虛擬指令集的、一定數(shù)量的CPU，這些也是FPGA的關(guān)鍵功能。無(wú)論何時(shí)你有需要經(jīng)常改動(dòng)的工作負(fù)載，同時(shí)它們有要求低延遲和并行的計(jì)算，那么FPGA就是你應(yīng)該考慮的計(jì)算平臺(tái)。

從Roge的視角來(lái)看，F(xiàn)PGA已經(jīng)經(jīng)歷了三個(gè)紀(jì)元，而我們?nèi)匀惶幱趲啄昵安砰_(kāi)始的第三個(gè)紀(jì)元。

“從上世紀(jì)80年代到90年代中期的FPGA1.0階段主要是關(guān)于連接在一起的邏輯單元，”Roge介紹道。“這個(gè)時(shí)代的產(chǎn)品包括低端的CPLD和PLD器件，而客戶(hù)當(dāng)時(shí)常常把它們用作連接在一起的邏輯單元，或者一些可編程的I/O器件，大致說(shuō)來(lái)其市場(chǎng)總需求量在10-20億美元之間。而從上世紀(jì)90年代中期到大約2017年為FPGA2.0階段，我們將其稱(chēng)為連接浪潮期，這個(gè)階段中很多FPGA被用于為網(wǎng)絡(luò)和存儲(chǔ)實(shí)現(xiàn)接口。大家一直熱愛(ài)以太網(wǎng)和DDR存儲(chǔ)器，同時(shí)隨著FPGA的密度和性能不斷提升，它們被用于一些復(fù)雜的功能，而不僅僅是連接在一起的邏輯。而這些應(yīng)用將FPGA的市場(chǎng)需求總量擴(kuò)展到大約50億美元。”

取決于你如何來(lái)計(jì)算，包括Xilinx、Altera/Intel、Lattice半導(dǎo)體和Achronix在內(nèi)的主要FPGA供應(yīng)商的總銷(xiāo)售收入達(dá)到了大約65億美元，因而現(xiàn)在他們實(shí)現(xiàn)了一個(gè)大得多的市場(chǎng)需求量。討論的標(biāo)的到底真正有多大，這是我們主辦這次以FPGA為中心的活動(dòng)的原因之一。

Roge說(shuō)到：“從大約2017年開(kāi)始，我們進(jìn)入了FPGA3.0這個(gè)新紀(jì)元，其核心內(nèi)容都是數(shù)據(jù)加速。現(xiàn)在，F(xiàn)PGA不再僅僅用于一些連接在一起的邏輯或者制作原型，它們自己已經(jīng)成為計(jì)算引擎，在微軟Azure和亞馬遜WebServices等應(yīng)用的數(shù)據(jù)中心得到了大批量的部署。”現(xiàn)在FPGA市場(chǎng)總需求量的保守估算為100億美元，同時(shí)也可能是這個(gè)數(shù)字的2-3倍。

現(xiàn)在的問(wèn)題是如何將這個(gè)總的市場(chǎng)需求量轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)需求，而這需要重新打造硬件和軟件。

“無(wú)論你正在打造諸如高性能計(jì)算（HPC）集群或者用于超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心的解析功能等系統(tǒng)，它們都可以從原理上簡(jiǎn)化為這三個(gè)要素：非常高效的計(jì)算、分層的存儲(chǔ)架構(gòu)和帶寬、以及高效地?cái)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)移，而我們一直在認(rèn)真地深入研究如何去優(yōu)化它們。現(xiàn)在，我們采用了臺(tái)積電（TSMC）的7nm工藝技術(shù)，所以我們將從中獲益并采用了與Xilinx最新產(chǎn)品相同的技術(shù)；而Intel在最新的Agilex產(chǎn)品中采用了10nm技術(shù)，它與TSMC的7nm技術(shù)大致相同。但是我們產(chǎn)品的差異化在于架構(gòu)和我們采用的性能，我們決定專(zhuān)注于幾類(lèi)應(yīng)用工作類(lèi)型，同時(shí)我們希望能夠提供行業(yè)領(lǐng)先的產(chǎn)品，即單位功耗和單位成本上的最佳性能。”Roge表示。

“我們反復(fù)考慮了這些應(yīng)用的方方面面，而且從架構(gòu)上進(jìn)行創(chuàng)新，使客戶(hù)即使面對(duì)Xilinx和Intel也更傾向于選擇我們的產(chǎn)品。我們并不擔(dān)心與他們的產(chǎn)品進(jìn)行各個(gè)單項(xiàng)上的直接比較——邏輯單元、DSP單元塊、存儲(chǔ)器單元塊等等。每秒萬(wàn)億次運(yùn)算（Teraops）是一個(gè)用于市場(chǎng)營(yíng)銷(xiāo)的數(shù)字，它真的并不意味著什么。真正重要的是你如何能夠去加速整個(gè)應(yīng)用，正是因?yàn)槟阋呀?jīng)擁有了合適的存儲(chǔ)帶寬和高效的機(jī)器學(xué)習(xí)計(jì)算引擎，因此我們能夠提供一個(gè)優(yōu)異的端到端應(yīng)用性能，例如最佳的圖形識(shí)別性能。”Roge補(bǔ)充到。

我們可以說(shuō)存儲(chǔ)帶寬、I/O帶寬以及Teraops（或者Teraflops）是任何器件的標(biāo)志性指標(biāo)，而你如何去利用硬件和軟件來(lái)形成獨(dú)特的組合而實(shí)現(xiàn)這些指標(biāo)，是真正的終極大事。這就是我們?cè)诙xFPGA器件時(shí)的另類(lèi)觀點(diǎn)，從而使這些器件在數(shù)據(jù)中心等領(lǐng)域中可以找到持續(xù)長(zhǎng)久的、但也可以不斷改變的應(yīng)用。