FPGA集成技術的創新之路

如果你瞇起眼睛細看，會發現一個現代的FPGA看起來像是一個可編程邏輯器件與開關（switch）ASIC和SoC的雜交。正如今天的架構，FPGA某種程度上體現了服務器節點內部、數據中心集群之間以及自身的計算異構性。FPGA的門中嵌入了內存，可以根據需要進行計算，也可以使用DRAM和HBM內存，這是CPU所不能做到的。

人們總是傾向于在任何CPU或SoC上集成盡可能多的硬編碼內容，以消除組件之間的延遲和獨立創建它們的成本。這就是為什么CPU很早就集成了緩存和主內存控制器（DDR或HBM）、PCI-Express外圍設備和以太網網絡接口的層次結構，并逐漸從服務器主板轉移到裸片上。這也是為什么Arm內核，互連SerDes， DDR和HBM內存控制器，和各種其他組件的硬塊現在成為面向數據中心的FPGA的一部分的原因。但是，這種集成可能會走得太遠，導致針對特定工作負載的過度設計，而且所有工作負載的成本都更高，因為每個人最終都要支付一些暗硅稅。

無論哪種方式，都很難找到合適的平衡點，顯然，每個人都很難在明亮的光線下說出異質性。在我們最近于San Jose的Glass House舉辦的下一屆FPGA平臺活動中，打破這種平衡是我們討論的話題之一。我們與英特爾（Intel）網絡和定制邏輯組的FPGA和電子產品銷售副總裁兼總經理Patrick Dorsey;Xilinx首席技術官Ivo Bolsens;Achronix負責產品規劃和業務開發的副總裁Manoj Roge坐在一起，討論設備集成的推動和拉動以及主要FPGA制造商所做的觸摸平衡操作。

“這個問題問得好，在座的很多人都知道，Altera與英特爾有長期的合作，目的是將Xeons和FPGA放在同一封裝中?！盌orsey說，我們提醒他，我們認為集成Xeon-FPGA是一個有趣的項目?！捌渲幸粋€挑戰是，你整合了什么？當你整合時，你放棄了什么？”我們看到的一件事是，靈活性很重要，我們從事的是靈活性業務，我們制造FPGA，它不僅在芯片方面很重要，而且在系統層面也很重要。選擇哪種FPGA和哪種Xeon具有很大的價值，有時集成時會破壞價值。會發生的。您之所以要創造價值，是因為外形尺寸變小了，功耗降低了，而接口可以優化，因此性能得到了提高。這是一個權衡。我和我在這里的同行們已經做了25年了，現在發生的偉大的事情是技術使選擇成為可能。所以在系統的多個層面上，異構是一個選擇，我們可以利用現有的封裝技術和接口做很多事情?！?/p>

Xilinx沒有自己的數據中心處理器，除了它嵌入在設備上的Arm核心，比如去年宣布的最新的“Everest”FPGAs，但是Bolsens同意這種異質性的分形層次結構是現代分布式系統以及FPGAs本身的一個重要方面。

“異構是FPGA的一個價值主張，所以我們不應該把它看作是一個問題，而是一個機會，”Bolsens解釋說。說了這么多，如果你考慮一下什么是FPGA，首先它有一個非常通用的、可編程的交換互連，它允許你將功能沉浸到互連中，而不會破壞你的體系結構。因此，您可以在基于交換機的互連中引入多種功能。因此，從這個意義上說，在一個FPGA中集成硬件構建塊比在許多其他應用程序中要更透明一點?！?/p>

FPGA本身和使用它們的系統面臨的真正挑戰是計算、存儲和網絡的比例。Bolsens說，FPGA的制造商可以從數據中心的高層學到一些經驗，在數據中心，組件被分解，然后進行實時重組，最后應用到FPGA設備級別。

首先，根據Achronix的說法，您需要適合該任務的正確計算組件?！暗覀兊姆椒杂胁煌?，”Roge說?！拔覀儗Ｗ⒂跇嫿ㄗ詈玫腇PGA架構，并解決了傳統FPGA架構中的一些瓶頸，采用了片上網絡結構，非常注重設計的簡便性和易用性?！痹谛问椒矫?，我們支持獨立的FPGA或小芯片，甚至是單片集成電路，并且我們讓客戶為正確的方法選擇正確的外形尺寸。我做FPGA產品規劃已經很多年了，你必須把幾百個用例映射到流片上，而且很難把它們正確地結合起來?！?/p>

一些大的FPGA制造商目前已經擁有小芯片，而有些則在摩爾定律開始放慢速度時會做到，如果你想知道他們是怎么說的，你必須看一下上面的視頻。這為擁有具有不同功能的廣泛的FPGA設備陣列提供了巨大的潛力，并且只增加了增量成本。我們還討論了數據中心級FPGA的關鍵硬件創新。

審核編輯：黃飛