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4年,1500名工程师,如何变革整个FPGA行业?

2018-03-20

2018年1月29日,全球最大的 FPGA 厂商Xilinx(赛灵思)迎来了公司历史上第四任CEO,Victor Peng,他也是赛灵思公司历史上首位华人CEO。对于赛灵思来说,Victor Peng先生并不是一个新人。


从2008年加入赛灵思以来,Victor Peng引领了赛灵思的产品和服务方面的战略变革和技术转移,实现了从28nm,20nm到16nm三代工艺产品的领导地位和在集成和编程方面的重大技术突破。


可以说,Victor Peng凭借着自己出色的个人能力和行业洞察力,集赛灵思卓越的研发和技术能力,树立了一个个行业第一。


但是,Victor Peng雄心并不止于此。


现在,作为赛灵思新一任的掌舵人,Victor Peng在就任CEO之后,首次来到中国,为大家分享了自己对于赛灵思未来的规划,变革,以及公司正在面临的巨大需求与挑战等观点。

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人工智能时代的三大趋势

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在Victor Peng看来,赛灵思正处于一个极具变革的时代。


得出这样的判断,是基于近两年来,大数据的蓬勃发展,人工智能的快速兴起,带动了一波波技术浪潮的快速发展,新的工艺,新的技术,新的芯片更是层出不穷的新情况。


其中,芯片市场,作为技术和应用创新的核心和源头,不仅仅挑起了人工智能潮流之争,更是引发了 GPU, FPGA, ASIC等的芯片大战。


硝烟弥漫的战场上,系统,芯片,应用公司厮杀不断,此起彼落,我们不仅见证了芯片战争的残酷,也预见了一个充满无限可能的未来。


在这样的时代背景下,作为赛灵思新一任的CEO,Victor Peng指出了未来发展的三大趋势。


第一个趋势是数据大爆炸。


生活中充斥着各种各样的数据,缺少的只是发掘和采集数据的手段。物联网产业的发展和传感器技术的进步,不仅仅提出了采集海量数据的可能性,也为数据的应用提供了市场和应用场景。


Victor Peng认为,诸如,城市,家庭,工厂以及汽车等应用场景,产生了海量的视频数据和图像数据,当技术不成熟的时候,这些数据就如同鸡肋一般,食之无味弃之可惜。


但是当技术的手段能够充分的对这些散乱无序,非结构性的数据进行处理的时候,海量的数据就会产生无可限量的价值。


然而,想要充分挖掘这其中的价值,Victor Peng认为,传统的CPU芯片显然是没有办法支持的,“我们需要全新的架构,能够支持更大的数据吞吐量,更短的时延,并能够提供最好的实时计算能力。”


第二个趋势是人工智能的黎明。


历史的过往告诉我们,新技术的到来必然变革我们原本趋于平缓的时代。

就像工业革命推动了产业的变革一样,人工智能正在改变着很多传统行业,创造了很多新的业务和商业模式。


Victor Peng很清楚的认识到,人工智能并不是一个应用,而是能够与多种应用完美结合的新兴技术,虽然这一技术还处于早期的发展阶段,但是这并不影响它带动新应用的产生与发展。


从点到面,从应用端,到云端,再到边缘,人工智能正在以它难以想象的魔力,成为未来数十年最具潜力的发展动力。


第三个趋势是后摩尔定律时代的计算。


摩尔定律更多的是一项经济学定律,但是即便从经济学的角度来看,摩尔定律也如同它诞生的年头一般,变得垂垂老矣,发展速度大大放缓,想要延续发展,我们就必须从时代的脉搏中,找到新的发展方向,也就是我们所说的后摩尔定律时代。


在Victor Peng看来,后摩尔定律时代相比于摩尔定律时代,对于计算能力的需求不仅仅没有减弱,反而日趋强烈。


“尤其是在中国市场,越来越快的行业创新速度,各行各业的公司在新的产品,新的服务,新的商业模式上的需求也越来越高。传统的芯片解决方案已经无法满足行业的需求。”Victor Peng甚至感叹,这是他从业几十年来前所未见的情况。


但是作为从业几十年的资深行业专家看来,这种变革中蕴藏的机遇更大。


Victor Peng认为,后摩尔定律时代的高计算需求,意味着需要更多异构性系统,传统的单一的CPU难以满足所有应用。

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可预期的智能互联世界

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这三大趋势,似乎一直在强调在人工智能时代,异构性架构将会是未来的主流趋势。


但是,正如同我们对于行业的研究一般,透过现象看本质,异构性架构时代的到来到底意味着什么呢?


Victor Peng作为赛灵思的CEO的,并没有局限在单一的产品和市场当中,他的眼光更为长远。


“这是一个令人振奋的时代,我们几十年前的预期正在逐步变为现实,一个智能互联的世界正在塑造中。”Victor Peng强调,在这一过程中,赛灵思能够做出的最主要的贡献,就是让这个世界变革更具自适应性,“因为只有做到自适应,才能够更快的打造全球规模的智能互联的基础设施。”


实现智能互联,灵活多变的世界,不仅仅是Victor Peng,更是赛灵思作为一家FPGA公司的长期愿景。


在过去的三十年中,赛灵思始终抱着这样一种期望,坚持着自己的信念,在面对新机遇的时候,采取新的战略,努力打造一个自适应的世界。



赛灵思的三大发展战略

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为了实现这一愿景,赛灵思制定了三大发展战略。


Victor Peng表示,“我们的战略是数据中心优先,并继续致力于发展包括通信,汽车,工业等在内的主流市场应用。”


不同公司对于相同的趋势也会采取不同的发展战略,对于不同公司的战略分析,将会更加有利于我们对于这一市场的深入观察。


下面,就让我们分析这三大发展战略,从中剖析赛灵思的发展思路。


赛灵思的第一个战略是“数据中心优先”。


为什么采取这一战略,Victor Peng表示,赛灵思之所以坚持重视数据中心,除了因为数据中心是一个非常广阔,发展速度非常迅速的市场之外,更多的原因在于,赛灵思看到,很多行业的颠覆都是发生在数据中心, 很多技术的普及也是源于数据中心。


正如Victor Peng之前所说,异构性架构将是未来的趋势之一,在数据中心领域也是如此。


无论是英伟达还是英特尔,很多新的架构都不再是以CPU为中心。非常明显的一个现象就是,过去几十年,CPU引导的发展趋势,正在转向拥有很多加速器的异构计算。


但是对于赛灵思来说,数据中心市场毕竟是一个新进的市场,在需求和发展方向上,与其他市场有着很大的区别。


秉承着实事求是的原则,赛灵思在数据中心市场采取了完全不同的支持方式,Victor Peng表示,赛灵思改变了过去主要支持硬件开发者的技术方向,在数据中心领域,更多的支持软件开发者,以便让更多的用户使用赛灵思自适应计算加速平台。

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具体来看,赛灵思在这一领域主要提供了一个软件堆栈开发环境,通过在最底部的标准的PCIe FPGA加速卡基础上,提供一个开发环境,以支持软件工程师用CC++和OpenCL来编程。


赛灵思还和第三方进行合作,优化加速库,并提供给客户使用,从而达到帮助客户解决机器学习等一系列工作。诸如,深鉴科技,阿里巴巴,亚马逊,华为等都有非常好的合作。


此外,赛灵思还支持广泛的AI应用。深鉴科技提供的高效FPGA 加速语音识别引擎,该引擎与CPU相比,性能为后者的43倍,单位功耗性能提升40倍。它不仅仅能够加速机器学习和人工智能,还可以加速视频处理、视频转码、数据检索、压缩,另外也有公司使用赛灵思的产品在基因组测序和分析方面取得重大突破。

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第二大战略,“加速主流市场的增长”。

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当然,除了人工智能市场之外,赛灵思也没有放弃其他市场。


Victor Peng表示,汽车,无线基础设施,有线通信等市场,也会出现一些重大的变化,对我们的生活产生非常巨大的影响,而这些市场都是赛灵思所关注的主流市场。


比如,通过传感器和摄像头的广泛使用,来加强城市的安全和工厂里的检查、设备的测试、通信,甚至消费电子类的产品。


这其中,赛灵思都可以参与到从端点到边缘到云的过程,Victor Peng认为,这也是赛灵思一个独特的优势,“能够真正的从端点到边缘到云实现全覆盖”。

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第三大战略,“驱动自适应的计算”。

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为此,赛灵思推出了全新系列的产品类型,也就是从FPGA 到 ACAP (自适应计算加速平台)。


Victor Peng表示,ACAP是一个全新的产品类型,对业界来说是一项重大的技术颠覆,也是自FPGA发明以来最卓著的工程成就,“它能够覆盖更广的市场应用,而且可以满足灵活工作负载的需求”。


4年,1500名工程师,500亿晶体管

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据Victor Peng介绍,ACAP,全称Adaptive Compute Acceleration Platform,翻译过来是 “自适应计算加速平台”。


这是一款高度集成的多核异构计算平台,能根据各种应用于工作负载的需求对硬件层进行灵活变化。


“ACAP是进行自适应和优化设计理想的选择,”Victor Peng相信,它甚至可以应付未来会出现的新的变化,比如与新应用和新器件也可以进行互联,进行加速。“此外,ACAP不仅可以在软件方面编程,也像传统的产品一样,支持硬件的开发者的开发。”

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赛灵思发布名为ACAP的突破性新型产品


为了说明这种开发模式,Victor Peng展示了一个ACAP的产品用例,也就是目前赛灵思正在推进的代号为“Everest (珠穆朗玛峰)”的行动,“Everest”将是赛灵思首款ACAP系列。


据了解,“Everest (珠穆朗玛峰)”行动,采用的是台积电的7纳米工艺,赛灵思在主要架构的开发上已经历经四年,累计研发投入超过10亿美元,一共有1500名工程师参与,产品主要为中高端产品,其中高端产品,拥有超过500亿的晶体管。


与16纳米级产品相比,Victor Peng表示,ACAP能够针对工作负载实现动态的优化。


“ACAP是一个新的产品类型。赛灵思是最先推出ACAP产品的公司,这也是我们的核心竞争力所在。”Victor Peng认为,随着时间的推移,ACAP将会变成主流的平台,和CPU、GPU一样会成为基础性的未来世界的构建平台。


作为一家FPGA公司,赛灵思为什么会推出这样的计算平台呢?


Victor Peng解释道,全新的计算平台,虽然需要很长的时间来普及,但是这也标志着赛灵思励志成为一家完全不同的公司,它能够推出全新的、不同类型的产品,而不仅仅只是一家FPGA公司。


从这个角度来看,Victor Peng和赛灵思的选择是无比正确的。历史上,有很多公司通过推出不同的产品,全新的系列,来实现了转型,而跨上了全新的发展之路,实现了辉煌。


因此,Victor Peng认为,这一新型产品的推出,对于如今的赛灵思来说,是一个非常重要的时刻,这一平台,将会助力赛灵思成为一家全新的公司。


同时,Victor Peng也相信,ACAP与传统的CPU等解决方案相比,也能够在性能,功耗等方面实现优越的表现。

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ACAP无惧CPU、GPU、FPGA

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但是,熟悉人工智能等领域的人都知道,目前在这些领域,除了FPGA之外,传统的还有CPU,GPU等等多种类型的芯片存在。


不同的公司对于不同类型的芯片都抱有不同的看法,有些公司认为GPU可以成功,有些则认为CPU可以成功。


可以说是公说公有理婆说婆有理,各执一词,很难达成一致的意见。


针对于这一问题,Victor Peng从各个平台芯片的优缺点上为我们带来的详细的分析。


以CPU和GPU为例,虽然GPU在某些方面能够对很多新兴的应用更具适用性,但是依然不能够适应所有的应用环境。


正如之前所说,未来是一个智能互联的世界,这样的世界并不是单一的架构能够处理。异构性架构将大行其道,哪一个架构能够适应灵活多变的市场,谁就能够称霸整个通用市场。


“关键的一点是,高度灵活,具有高度的自适应应变能力。”Victor Peng认为,所谓的高度自适应,就是可以针对不同的工作负载进行加速,而不是仅仅针对单一的应用进行加速。


但是,我们看到,CPU只能够处理一些固定的工作,加速性能并不明显。GPU虽然表现优越,但是也仅仅能够在机器学习的加速过程中,表现出令人侧目的效果,当然,还远远没有达到理想的效果。


GPU针对其他不同的应用效果就更是差强人意了。而如果采用ASIC架构,”Victor Peng表示,这类固定功能的芯片,虽然能够进行定制,但是当面对一个全新的应用的时候,需要从头开始进行定制化设计才能够进入市场。


而所谓具有自适应应变能力的芯片,则需要能够适应多种新的工作负载,甚至是许多尚未出现的新的应用,只有满足这一要求才是真正的具有自适应应变能力的芯片。


Victor Peng还强调,虽然在一些应用上,能够看到FPGA加速的效果优于GPU,甚至是ACAP,但是这样做的弊端在于,使用一段时间之后,芯片的性能就固定下来,当出现新的算法的时候,需要换掉芯片才能进行部署。而ACAP 的核心是新一代的 FPGA 架构,结合了分布式存储器与硬件可编程的 DSP 模块、一个多核 SoC 以及一个或多个软件可编程且同时又具备硬件自适应性的计算引擎,并全部通过片上网络(NoC)实现互连。ACAP还拥有高度集成的可编程I/O功能,根据不同的器件型号这些功能从集成式硬件可编程存储器控制器,到先进的SerDes收发器技术,前沿的RF-ADC/DAC和集成式高带宽存储器(HBM)。


软件开发人员将能够利用 C/C++、OpenCL 和 Python 等软件工具应用ACAP系统。同时,ACAP也仍然能利用 FPGA 工具从RTL 级进行编程。

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总结

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在大数据与人工智能迅速兴起的时代,ACAP 适用于加速广泛的应用,其中包括视频转码、数据库、数据压缩、搜索、AI推断、基因组学、机器视觉、计算存储及网络加速等。软硬件开发人员将能够针对端点、边缘及云应用设计基于 ACAP 的产品。


正如之前所说,首款 ACAP 产品系列,将是采用台积电 7 纳米工艺技术开发的代号为“Everest(珠穆朗玛峰)”的产品系列,该产品将于今年年底实现流片。


Victor Peng表示,随着时间的推移,ACAP 产品系列也会慢慢下沉到低端的市场应用,尤其是那些对于成本和功耗更加敏感的市场。


Victor Peng举了汽车行业的一个例子,在汽车行业,赛灵思已经服务了十多年的时间。在赛灵思看来,汽车行业对于价格和功耗的要求非常敏感,但是,ACAP 产品系列已经能够非常好的服务于汽车行业了,那么对于其他同样对价格和功耗敏感的行业,也能够迎刃而解。


但是,Victor Peng承认在未来的市场变革中还存在很多不确定因素和挑战,还需要赛灵思不断开发更加完善的产品解决方案,而不是实现封闭的产品解决方案。


“通过与客户的不断接触,我们发现,客户之所以喜欢我们的产品,是因为他们能够通过赛灵思的产品实现自身产品的差异化。而不是在封闭的产品的基础上,推出那些本质上千篇一律的产品。”


Victor Peng强调,赛灵思希望能够继续服务于主流客户,通过不断完善开放式的产品解决方案,提供更加完整的平台和更具易用性的解决方案,以支持更多的硬件和软件开发者,而这一思路,将会继续变革赛灵思所开创的FPGA市场!


文/半导体行业观察 刘燚