提起FPGA，可能很多人第一時間都會想到FPGA大廠賽靈思和Altera（已經被英特爾收購），然而其實還有其他的一些非常有特色的FPGA廠商，比如基于FPGA的硬件加速器件和高性能嵌入式FPGA（eFPGA）半導體知識產權（IP）公司Achronix。

得益于近年來人工智能/機器學習的快速發展，新的算法不斷的出現，這推動了可編程的FPGA市場的快速增長。根據市場調研公司Semico Research的預測，AI應用中FPGA的市場規模將在未來4年內增長3倍，達到52億美元。

根據市場研究機構IP Nest近期發布的最新的IP市場分析報告顯示，Achronix是2018年全球增速最快的IP提供商，同比增長達到了250%，足見Achronix業務增長之迅速。而為了進一步滿足人工智能/機器學習（AI/ML）和高帶寬數據加速應用日益增長的需求，今年5月，Achronix公司推出了創新性的、全新的FPGA系列產品——Speedster 7t系列。

我們都知道，對于AI加速來說，相較于我們常見的CPU、GPU等通用型芯片以及可編程的FPGA來說，ASIC芯片的計算能力和計算效率都直接根據特定的算法的需要進行定制的，所以其可以實現體積小、功耗低、高可靠性、保密性強、計算性能高、計算效率高等優勢。所以，在其所針對的特定的應用領域，ASIC芯片的能效表現要遠超CPU、GPU等通用型芯片以及可編程的FPGA。

但是，正如我們前面所提及的是，目前AI算法仍然處在一個不斷的快速更新迭代的階段，數值精度的可選擇性也越來越多。同時隨著AI的應用場景快速發展演進，新的解決方案都要去應對在高性能、靈活和上市時間等方面的不同需求。

而AISC是針對特定的算法加速所設計的，這也使得其在靈活性上遠不如可通過編程快速適應新的軟件算法的FPGA。但是，FPGA在體積、能效、成本上卻又不如AISC。那么是否能夠有這樣一款產品，能夠很好的將FPGA和ASIC的優點結合在一起呢？Achronix的Speedster 7t系列或許就是這樣一款產品。

Achronix稱，Speedster 7t系列是基于一種高度優化的全新架構，以其所具有的如同ASIC一樣的性能、可簡化設計的FPGA靈活性和增強功能，從而遠遠超越傳統的FPGA解決方案。

Achronix Semiconductor總裁兼首席執行官Robert Blake表示：“Speedster7t是Achronix歷史上最令人激動的發布，代表了建立在四個架構代系的硬件和軟件開發基礎上的創新和積淀，以及與我們領先客戶之間的密切合作。Speedster7t是靈活的FPGA技術與ASIC核心效率的融合，從而提供了一個全新的‘FPGA+’芯片品類，它們可以將高性能技術的極限大大提升。”

根據Achronix的介紹來看，Speedster7t FPGA系列產品是專為高帶寬應用進行設計的，其具有一個革命性的全新二維片上網絡（2D NoC，Network on Chip），以及一個高密度全新機器學習處理器（MLP）模塊陣列。通過將FPGA的可編程性與ASIC的布線結構和計算引擎完美地結合在一起，Speedster7t系列產品創造了一類全新的“FPGA +”技術。

同時，Speedster7t系列產品還包括了高帶寬GDDR6接口、400G以太網端口和PCI Express Gen5等接口，所有這一切單元都互相連接以提供ASIC級帶寬，同時保留FPGA的完全可編程性。

而為了應對接收來自多個高速來源的大量數據，同時還需要將那些數據分發到可編程片上算法性和處理性單元中，然后以盡可能低的延遲來提供那些結果，所以在制程工藝上，Speedster7t器件選擇了采用臺積電最新的7nm FinFET工藝制造。

對于傳統的帶DSP模塊的FPGA來說，其所能夠提供的AI性能是相對有限的，因為使用DSP模塊只能提供不高效的數值精度支持，使用外部LUT和內存構建AI/ML應用程序，需要消除額外邏輯編輯和內存資源，性能也受FPGA布線限制。

相比之下，Speedster7t FPGA則采用了全新機器學習處理器（MLP）中大規模的可編程計算單元平行陣列，它們可提供業界最高的、基于FPGA的計算密度。MLP是高度可配置的、計算密集型的單元模塊，每個MAC單元支持最多32個乘法器，可驅動可變精度加法器/累加器，可支持4到24位的整點格式和高效的浮點模式，包括對TensorFlow的16位格式的支持，以及可使每個MLP的計算引擎加倍的增壓塊浮點格式的直接支持。

另外，每個MLP當中還緊密耦合了內存區塊，包括72K bits的RAM和2K bits的寄存器。這種運算和存儲級鏈接，使得MLP在不需要使用FPGA布線資源的情況下，實現更復雜的AI算法。此外，MLP還與嵌入式存儲器模塊緊密相鄰，通過消除傳統設計中與FPGA布線相關的延遲，來確保以750 MHz的最高性能將數據傳送到MLP。

這種高密度計算和高性能數據傳輸的結合使得處理器邏輯陣列能夠提供基于FPGA的最高可用計算能力以每秒萬億次運算數量為單位（TOPS，Tera-Operations Per Second）。

高性能計算和機器學習系統的關鍵之處是高片外存儲器帶寬，從而為多個數據流提供存儲源和緩沖。 Speedster7t器件是唯一支持GDDR6存儲器的FPGA，該類存儲器是具有最高帶寬的外部存儲器件。每個GDDR6存儲控制器都能夠支持512 Gbps的帶寬，Speedster7t器件中有多達8個GDDR6控制器，可以支持4 Tbps的GDDR6累加帶寬，并且以很小的成本就可提供與基于HBM的FPGA等效存儲帶寬。

“美光（Micron）樂于攜手Achronix去實現全球第一個面向高帶寬存儲需求而直接加載了GDDR6的FPGA產品，”美光計算與聯網業務部營銷副總裁Mal Humphrey?！跋襁@樣的創新的和可擴展的解決方案將推動人工智能領域內的差異化，其中異構計算可選方案與高性能的存儲是加速獲得數據內涵的必需部分?！?/p>

除了這種超高吞吐量的存儲帶寬，Speedster7t器件還包括業界最高性能的接口端口，以支持極高帶寬的數據流。Speedster7t器件擁有多達72個業界最高性能的SerDes，可以達到1到112 Gbps的速度。還有帶有前向糾錯（FEC）的硬件400G以太網MAC，支持4x 100G和8x 50G的配置，以及每個控制器有8個或16個通道的硬件PCI Express Gen5控制器。

“Achronix全新的Speedster7t FPGA系列產品是創新性芯片架構實現爆發的一個卓越案例，創造該架構的目的是直接面向AI應用處理大量的數據，” Semico Research公司ASIC和SoC首席市場分析師Rich Wawrzyniak說道?！巴ㄟ^將數學函數、存儲器和可編程性整合到其機器學習處理器中，再結合交叉芯片、二維NoC結構，從而形成了消除瓶頸和確保整個器件中數據自由流動的絕佳方法。在AI / ML應用中，內存帶寬就是一切，Achronix的Speedster7t在這一領域提供了令人印象深刻的性能指標?！?/p>