ASDF:精细粒度异构助力创新, Altera将进入大FPGA时代

2015-11-18 17:06:01来源: EEWORLD作者: 向农
   “数十个合作伙伴,数百家客户,数千计的工程师,这三股强大的力量构成了Altera SoC大的生态系统,也是Altera在SoC领域投入5年所获得的成就。”Altera公司嵌入式处理营销资深总监Chris Balough在一年一度的Altera SoC开发者大会上自豪地表示。


图1 Altera公司嵌入式处理营销资深总监Chris Balough

总结过去,展望未来:双重挑战,发展SoC可成半导体业重要创新点

   Altera公司嵌入式处理工程副总裁Ty Garibay解读了SoC FPGA在行业遭遇双重挑战下凸显的优势:技术角度来看,海量数据的产生与物联网的发展,要求处理器芯片的性能要不断提高,而当制程进入14nm、10nm,设计越发复杂,创新已经变成一件很难的事情;经济角度来讲,节点越小,所需要的开发成本就越高,随着制程的进步,ROI(投入产出比)遭受着越来越大的压力(如图3)。所以无论从技术门槛来讲,还是成本门槛来讲,都需要可靠、可信赖的半导体厂商来满足市场不断提高的性能需求。

图2 Altera公司嵌入式处理工程副总裁Ty Garibay



图3
   Garibay表示,每个芯片需要3到5亿的投资,如果这么做细分市场很难得到理想的投入产出比,但FPGA SoC却可将不同用户的业务整合在一起来驱动未来产品的发展。

   在产品规划方面,除逻辑容量、软件工具的发展之外,不断地根据市场要求添加新的硬件组件,从而达到更好的契合也是未来SoC产品的重要发展道路。“在过去五年里,逻辑处理容量增长了十倍,也有了更好的浮点DSP,我们会不断增加一些新的系统属性,更好实现FPGA的契合。”Garibay说。
 
   Altera把众多基于Altera SoC的应用放到了现场,例如北京文通图像识别中心的方案、台湾立普思的3D鼠标/手势控制模型、无人机演示、支持多轴的工业机械手、高速电动车马达等,Garibay还着重提到了奥迪公司已经在量产车中选用Altera SoC FPGA实现导航自动驾驶功能,技术音频处理和人机互动等属性的整合。


图4 

 

图5 众记者参观基于Altera SoC的现场演示

Altera产品路线图曝光,精细粒度成创新亮点,大FPGA时代将来临

   会上,Altera曝光了未来的产品路线图(如图6),虽然没有披露更多产品细节,但是还是传达了三个重要信息:

1.Altera下一代全线产品规划皆为SoC,分别为高端的Sequoia系列,采用英特尔10nm制程;面向终端应用的中端Oak系列,采用英特尔14nm工艺;面向消费电子市场的低端Cedar系列,采用台积电的低功耗制程。从路线图上我们可以看到SoC FPGA在Altera产品布局上举足轻重的位置,代表着Altera投资未来的眼光。


图6
 
2.精细粒度异构架构可以突破现有异构架构的功耗/性能瓶颈

   如图7所示,从单核处理器到多核处理器再到异构处理器,功耗/性能指标一直在上升,但在异构处理器阶段遭遇瓶颈,功耗/性能停滞不前,Garibay指出精细粒度异构计算可以突破瓶颈。何为精细粒度异构呢?Altera给出了这样的说法:我们的FPGA每个硬件单元都可配置的,对于功耗较大的过程,可以把它细分为小的过程,继而根据算法的需求做优化、微调,调到最适合的算法硬件。这比标准同样的GPU性能功耗比更高。因为通用的GPU是固定死的硬件,无法调。Altera的硬件可以通过OpenCL这样的编程语言来微调硬件。总结起来,精细粒度异构计算的核心价值在于可以让客户在硬件上客户定制,最优化的实现客户想要的功能。

图7
 
   至于未来FPGA与SoC的关系,Chris Balough指出,进入精细粒度异构计算,FPGA与SoC的概念未来将统一,“FPGA加上什么处理器”的说法在未来会消失,就如同如今的CPU一样,不会把里面的内存控制器、内存、程序接受器分别拿出来说,CPU里面就包含这些东西 。Chris Balough强调说:“FPGA是SoC的整个产品,除了芯片之外有一整套OpenCL,统一的开发环境。大的FPGA未来会永远存在的,我们会进一步推动EDA统一设计的流程。大的FPGA用在军事通信这样来替代ASIC或者ASSP ”Chris Balough说。

3.英特尔承诺支持Altera的产品路线图

   自英特尔收购Altera的消息传开后,坊间对两家携手究竟会合力拓展何种新业务的猜测从来没有间断过,会上媒体也是一再追问,Altera对此却表现得讳莫如深,这也成为本次会议颇为神秘的部分。不过Chris Balough也表示,英特尔曾公开表示过会支持Altera的产品路线图发展,支持Altera SoC中继续采用ARM架构。ARM现有产品市场份额增长势头非常好,Altera选择ARM主要是因为客户的需求,本身对架构并无偏好,市场需求是什么核,Altera就选什么核。
“之前刚发了第一款的基于A9的产品,未来有64位的ARM架构,是V8的架构,会选择A53的ARM架构。从路线图上看,我们的开发很多是基于V8的64位架构,这些新技术会给客户带来很多价值”Chris Balough说。
 
精细计算对摩尔定律是补充还是破坏
 
   半导体行业按摩尔定律发展至今,对性能要求高的那部分市场(如数据、物联网)而言,随着制程不断缩小,设计和生产费用都将成指数式增长。而异构计算则从架构的角度出发,为计算进步提供了创新方式。实际上异构计算本身并不是新鲜产物,不过一直以来探讨的主要是基于CPU和GPU之间的协同计算,FPGA的加入则为异构计算赋予了更灵活的适应能力。从SoC到异构SoC,再到存在着无限种可能,通过不断改善内部硬件契合甚至更换核、能编程实现连细节都高度定制的大FPGA概念,Altera的SoC路线发展正是围绕着异构计算来不断改进。
 
    相比于竞争对手,Altera在概念宣传包装方面一向行事低调,此次发布SoC路线蓝图,也是公司积累几年的爆发。Altera路上也面临不少挑战,首先,他势均力敌的竞争对手Xilinx从来都没放松过;其次,无论谁家的产品,目前SoC FPGA这个新贵平台对广大普通工程师来说技术门槛高。通过Chris Balough的介绍我们可以看出,想实现精细粒度带来的好处,OpenCL编程是不可少的,对开发人员算法要求也是比较高的。那么如果不会OpenCL的用户呢?是不是要承担异构开发要求“多面手”的压力?虽然OpenCL对于异构开发和并行处理有天然的优势,但是目前掌握OpenCL的多数为软件工程师,这对于SoC FPGA的主战场通信领域自然不必忧虑,因为通信领域的软件工程师人数是硬件工程师的10倍。但是别忘了Altera还将推出面向终端应用的中端Oak系列和面向消费电子市场的低端Cedar系列呢。所以Altera尽快完善出更好更统一的开发工具以及众硬件工程师及时恶补,更新知识结构才是王道。Eeworld论坛上有不少硬件工程师开发Altera SoC FPGA,可为大家学习提供参考哟~

关键字:Altera  SoC  FPGA  ASDF

编辑:冯超 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/FPGA/2015/1118/article_3622.html
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北京航空航天大学教授,国内最早从事复杂数字逻辑和嵌入式系统设计的专家。

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