深度丨博弈芯片界,FPGA引发的多个“血案”
速度成本的博弈,布局和布线成障碍
FPGA没有标准、开源、友好的编程模型,因此对于在所有FPGA芯片上均可工作或易于交叉编译的FPGA程序,也没有标准的市场。
数据中心中新CPU和FPGA进入的主要障碍不仅在于速度和成本,还在于所有可能的I/O设备的软件和驱动程序的可用性。
在数据中心使用FPGA时,目前的主要障碍是布局和布线。运行专有FPGA供应商软件将电路映射到FPGA元件所花费的时间,在大型FPGA和高速CPU服务器上,布局和布线需要长达三天,而且即使在使用三天后,很多软件仍无法解决映射问题。
尽管如此,FPGA仍然是一种快速进入市场的方式,是获得竞争优势的简单方法以及在许多关键任务情况下必不可少的技术。尽管与ASIC相比,芯片价格昂贵。
然而,在与CPU或GPU上运行软件相比,在HPC和数据中心中,FPGA的运营成本大大降低。
与CPU和GPU相比,所需的FPGA更少,所需的冷却也更少。
与GPU竞争,或三十年河东三十年河西
使用FPGA的另一种方法是增强ASIC,构建ASIC的目的是保持固定功能,同时添加FPGA,为产品的最新更改或适应不同市场提供一定的灵活性。
现代FPGA集成了越来越多的硬功能,变得越来越像ASIC,而ASIC有时会在其设计中添加一些FPGA结构,用于调试、测试、现场修复以及根据需要灵活地添加少量功能。
由于算法不断变化,并且法律法规可能会在汽车进入市场时发生变化,需要驾驶员更新,因此解决方案需要灵活。
FPGA的时钟频率较低,散热片较小,因此物理尺寸比CPU和GPU小;更低的功耗和更小的尺寸使FPGA成为显而易见的选择。
尽管如此,GPU易于编程,并且不需要三天时间来实现布局和路线,因此对FPGA形成了一定挑战。
此外,至关重要的是能够在汽车和云中运行相同的代码(主要用于模拟和测试),因此FPGA必须先在云中使用,然后才能在汽车中使用。由于这些原因,许多开发人员更喜欢GPU。
未来或许当放弃数据流优化以使FPGA易于编程时,FPGA的性能将降低,因此它们将不再与CPU竞争,而CPU总是更易于编程。
不断发展,但效率降低
现代接口正试图使FPGA更易于编程,更加模块化,并与其它技术更加协作。FPGA支持AXI(高级可扩展接口)总线,这使它们更易于编程,但也带来了极大的效率低下,使得FPGA的性能降低,最终竞争力大大降低。
通常,对于NFV和虚拟机加速而言,FPGA必须直接连接到CPU,并可能使用缓存一致性作为一种通信机制。
当然,关键的功能是具备FPGA崩溃时CPU不崩溃的能力,反之亦然。超标量技术公司正在重新发现IBM大型机的时代需求,从而将越来越多的复杂性带入标准化平台。
结尾:市场竞争集中,创新速度加快
全球FPGA芯片市场竞争高度集中,头部厂商占领话语权,新入局企业通过产品创新为行业发展提供动能,智能化市场需求或将FPGA技术推向主流。
产品创新为行业发展提供动能,除传统可编程逻辑装置(纯数字逻辑性质),新型可编程逻辑装置(混讯性质、模拟性质)创新速度加快,AI领域多通道计算任务需求推动FPGA技术向主流演进。
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