一波還未平息，一波再起，Intel繼續擴張其xPU陣營！

上回，筆者說道Intel正在利用xPU+oneAPI的超異構計算的形式延續摩爾定律。 所謂 xPU即為CPU+GPU+FPGA+其他加速器的異構計算 ，體現在數據中心的實際產品便是Xeon可擴展處理器+Xe獨立顯卡+AGILEX/STRATIX FPGA+SmartNIC加速器+ Movidius VPU。 針對xPU此前Intel發布了獨立服務器GPU和oneAPI Gold。

實際上，Intel的FPGA遠不是“單槍匹馬作戰”的單一產品， Intel在FPGA上其實是依次從FPGA、eASIC過渡到ASIC的全套解決方案， Intel稱這種獨特的方案為 “定制邏輯連續體” ，僅在FPGA上便是一個“小生態”。

11月18日，IFTD2020上，Intel發布首款用于5G、人工智能、云端與邊緣的eASIC N5X（結構化ASIC），同時發布了最新的Intel開放式FPGA堆棧（Intel OFS），21ic中國電子網記者受邀參加此次發布會。

eASIC究竟是什么

FPGA和ASIC一直以來是半導體行業爭論不休的話題，甚至也頻繁出現一者將完全替代另一者的傳言。 事實上，兩者的存在并不存在任何沖突。

誠然，ASIC在計算性能、功耗、可靠性、體積和制造成本上擁有一定優勢。但從底層來說，其內核執行外的任何算法都是凍結的，因此這就需要在流片上市之前進行頗為耗時的設計和測試，并且一旦流片算法和邏輯電路后都是無法修改的。所以ASIC設計通常是定制化，目的明確的。從側面來說，這就無形增加了前期的投入成本，即一次性工程費用（NRE）高，并且由于流片后無法修改所以不具備靈活性。

正因如此種種束縛，FPGA應運而生，可重復編程性加速了產品的上市時間，也因其自身的靈活性和適應性擁有了一席之地。不過FPGA相對ASIC來說，是利用數百萬個邏輯單元換取這種便利性的，相比來說價格很容易昂貴。但并不能因此就絕對說FPGA比ASIC貴，ASIC的一次性工程費用貴，流片量如果太小絕對是成本更高的。

所以在現階段， FPGA和ASIC是“分工明確”的， 可編程FPGA主要針對實施與加速要求最苛刻的算法階段，直到算法已經非常成熟、并且最終確立下來之后，ASIC便可大面積實施在硬件之中。

既然明白FPGA和ASIC的定位，那么這個eASIC究竟是什么？ eASIC又名為結構化ASIC，簡言之eASIC就是FPGA和ASIC的中間體，不過名字既然都只是ASIC加了e，相比來說還是更靠近ASIC的。

eASIC與ASIC最大的不同之處就在于在客戶購買定制芯片后，還能夠通過重新編程將芯片不同部分重新連接從而完成新的任務。客戶可以使用FPGA創建設計將固定布局烘焙到單個設計掩模中，最終eASIC也將不再可編程，從而獲得近似ASIC的功耗性能。市場中還存在eFPGA這種產品，當然在使用上則會更靠近FPGA，主要是將ASIC進行片上連接，此處不進行詳細講解。

業界最強大的eASIC

縱覽Intel的eASIC之路，此前包括eASIC N2X/N3X/N3XS幾種產品。而 本次發布的eASIC N5X可謂是“天之驕子”，凝結了多項intel的創新成果， 不負眾望地成為了業界最強大的eASIC。這款產品繼承了Agilex FPGA的硬核處理器系統、安全特性，支持Agilex FPGA用于管理啟動、身份驗證和防篡改特性的安全設備管理器，采用了Diamond Mesa SoC技術。

從參數來看，eASIC N5X使用了16nm制程，擁有8千萬個ASIC門，擁有225Mb雙端口存儲器，32Gbps收發器，包含一個四核Arm Cortex-A53硬處理器。

從性能來看， eASIC N5X相比AgilexFPGA核心功耗降低了50%， 不僅有效減小了散熱，還支持客戶在同樣散熱范圍內提升性能； 相比ASIC，eASIC N5X又擁有更低的總體擁有成本， 因為這款產品可以加快產品上市速度并顯著降低一次性工程費用。

這意味著什么？要知道， Agilex FPGA系列可是intel的“心頭肉”， eASIC N5X的功耗就這么輕松超越了。Agilex FPGA是第二代使用異構FPGA chiplet架構的產品，這是一種將多種制程技術、功能甚至供應商集成到一種封裝的技術。Agilex FPGA不僅采用了10nm SuperFin技術和改進的FPGA Hyperflex 架構，性能提升了高達 40%，功耗降低了高達 40%。其余的，兩倍的數據速率，支持PCI Express Gen 5和CXL都能說明Intel對這款FPGA的厚望。

在設計方面，上文也有提及 eASIC實際可以直接使用FPGA設計軟件進行設計。 Intel這方面的軟件則是Quartus Prime，這款軟件提供了功耗優化工具，并通過全面的設計套件幫助輕松提升工作負載性能。

除此之外，FPGA本身的RTL或硬件語言在入門難度上非常高，開發者也可在oneAPI一體化平臺上簡化CPU、GPU和 FPGA 的跨架構開發工作。oneAPI 支持使用Intel VTune Amplifier、Intel Advisor等工具進行軟件開發。之前筆者也曾介紹過oneAPI，其Gold版本將在今年12月正式交付。

FPGA、eASIC、ASIC怎么抉擇？

Intel對于eASIC的定位是， 比FPGA的單位成本更低、功耗更低，比標準單元ASIC的上市速度更快、一次性工程 （NRE） 費用更低。 eASIC與ASIC都是定制類型的芯片，針對不同的應用場景，各有所長。當把FPGA可重復編程的功能去掉，可以獲得更小的晶片尺寸，來實現低功耗和更低的成本。

FPGA、eASIC、ASIC的一個連續生命周期的產品組合又稱為“定制邏輯連續體”，對于三種產品的定位分別是：FPGA擁有最快的上市速度和最高的靈活性；eASIC擁有出色的性價比，優化上市時間；ASIC擁有最高的性能和最低的功耗和成本。

對于不需FPGA可重復編程這種靈活性功能的客戶來說，eASIC和ASIC都可以供客戶選擇。eASIC不會是低功耗或低成本的最佳選擇，但它 能幫客戶實現從eASIC到ASIC的快速實現。 FPGA、 eASIC和ASIC各有所長，客戶可根據需求，如可重復編程、低功耗或低成本等功能來選擇不同的產品。

實際上，eASIC早在2006年就已被名字同為eASIC的公司推出，intel至少在2015年就開始使用eASIC定制Xeon。直到2018年7月，Intel宣布收購小型芯片廠商eASIC，完善了FPGA到ASIC的過渡。

Intel的FPGA開發也開源了

在發布eASIC的同時， Intel也交付了第二代FPGA平臺軟件， 這不僅讓eAISC/FPGA開發速度更快，也讓方便了軟件、硬件和應用開發人員進行開發。這就是在本次 最新發布的Intel開放式FPGA開發堆棧（下文簡稱“Intel OFS”）。

Intel OFS提供標準接口和API，并擁有可擴展的硬件和可訪問的git源代碼庫的軟件框架。主板開發人員、原始設計制造商和客戶都可利用標準接口的統一基礎設施開始FPGA硬件開發。應用開發人員可以通過基于Intel OFS的不同平臺之間更強大的可移植性實現更高的開發回報。由于可以使用英特爾的開源和上游代碼，領先的開源軟件廠商不僅能根據現有的或新的結合提供CPU和GPU拓展支持，還能提供FPGA拓展支持，從而滿足客戶需求。

在上次發布的Xe獨立顯卡上，Intel優化了在Linux上的開發，實際上也是為了方便開源軟件的開發。OFS亦如此， 為Linux內核提供定制化的軟硬件基礎設施，解決了軟硬件及應用開發人員面臨的許多痛點， 包括開發FPGA設計（“拿來與定制”）所需的模塊化、可組合代碼，以及開源上游代碼，從而讓開源分銷商能夠為第三方和專有Intel OFS平臺提供本地支持。

Intel買得起異構計算的單嗎？

行業著名芯片工程師、研究者曾表示，xPU的異構計算在布局之中時，面臨“生態”這一課題， 往往是10億美元量級的尾款。 面臨這個問題的不僅是Intel也包括其他CPU、GPU、FPGA廠商。面對如此巨量的投入，Intel是否會有壓力？

事實上， 從五年前開始，intel就早已反復強調轉型為以數據為中心的企業， 并早已加大了這方面的投入和布局。目前，通過Intel推出的新產品來看，圍繞數據為中心的便是六大技術支柱， 體現在實際產品中便是xPU+oneAPI的軟硬件生態超異構計算。

從財報上來看，2017財年Intel的總營收為628億美元，2019財年intel總營收為710億美元，實現了82億美元的營收增長。 特別是在2019財年Q3數據中心的營收業務首次與PC業務營收達到了持平，僅一季度就實現了95億美元的營收。

反觀Intel在2020年Q1-Q3的財報，數據中心業務基本上能夠與與PC業務“五五開”。展望2020年全年，有望營收753億美元，同比增長5%。

從Q1-Q3，Intel出貨了第三代Xeon可擴展處理器、第二代傲騰持久內存、TLC 3D NAND固態盤、Stratix 10 NX FPGA、銳炬Xe MAX獨立顯卡……還在近期發布了Xe獨立顯卡架構、eASIC N5X……

體現在財報上的總收入這一數字，是扣除了研發和其他花費的資金的，Intel這家公司在研發中的投入可以說是有目共睹，占比極大。所以 在連續不斷的xPU產線研發和發布新產品之中，仍然保持營收，說明intel至少目前是支撐的住異構計算這種巨額費用的。

另外，要拿下異構計算這座大山的確需要非常大的投入資金，但正因為intel是從五年前便已開始布下這個局， 10億美元量級的尾款其實早就化整為零了， 用一個比喻形容，就是分期付款。

再反觀整個行業， Intel是目前在異構計算上擁有最全產品線的， 在硬件上擁有CPU、獨立GPU、FPGA、eASIC、ASIC、VPU、內存和存儲等，在軟件上擁有統一開發平臺oneAPI。可以說intel是最接近超異構計算的， 假若這位巨頭都消化不下10億量級的尾款，試問還有哪家企業能挑起異構計算的重擔？

不過，的確異構計算投入大、周期長， 這不僅僅是Intel這一家企業的事，而是整個產業鏈所要考慮的事情。 近兩年，Intel積極合作，在國內市場也一直非常“走心”。Intel曾明確表示，在中國，發展產業生態最重要的一點，是要真正扎根于本土的市場特點和用戶需求。

在異構計算和生態建設上，Intel的產線越來越豐富，更多異構計算生態產品值得期待。

責任編輯：haq