CPU+fpga將從封裝集成走向管芯集成，昔日的競爭對手要在同一芯片上握手言和，這可能嗎？

2015年底，英特爾完成了對fpga主流廠商Altera的收購。業界說這是一場雙贏的“豪門婚姻”，如今大半年已過，且不論對英特爾未來戰略布局的影響，想想fpga領域的其它玩家，喜耶悲耶？到底是少了一個勁敵還是無形中多了一個巨無霸對手？憑借英特爾的生態系統和代工實力，未來會有怎樣的新玩法攪局？

在還需要時間回味之際，更大的變化已經在發生。

CPU+fpga適應市場需求，從封裝集成走向管芯集成

作為一種可進行重復編程的邏輯組件陣列，fpga無論在通信網絡、工業、數據中心、汽車、航工航天領域均發揮關鍵作用。

CPU作為通用處理器，分為兩大門派，即以精簡指令集（RISC）的ARM核為主，其在智能手機、嵌入式市場中大展身手，而復雜指令集CISC的擁躉——以英特爾X86架構為主，其在計算機、工業、數據中心等應用中攻城拔寨。

然而，隨著越來越多的應用趨向于既具高速處理又兼具靈活性的系統，CPU+fpga的融合方案早年前就被付諸實踐，如今比比皆是。

但以往的兩條線或是fpga融合ARM核，比如fpga領導廠商Xilinx和Altera這些年不約而同紛推fpga內嵌ARM的融合架構，不僅對嵌入式系統重新定義，也為開拓新的藍海提供了無限可能。

而英特爾于幾年前發布的凌動E600 C系列，也將其凌動E600處理器和Altera的fpga集成到一個多芯片封裝之中，開啟融合新時代。

雖然融合之路并行不悖，但融合之道卻相去甚遠。

如英特爾是將CPU和fpga封裝集成，而fpga廠商則是在fpga中嵌入ARM處理器，fpga與處理器之間通過AXI總線互聯。以往它們各行其是，但隨著摩爾定律的捉襟見肘和市場需求的演變，英特爾收購Altera之后的CPU+fpga融合之路或將走向新的“革命”。

從技術進程出發，一方面，后摩爾定律時代，傳統材料、結構乃至工藝都在趨于極限狀態，單純通過工藝進步提升CPU性能已變得越來越難，但另一方面工藝技術的進步也讓CPU+fpga等多核異構集成成為可能。

從市場演進來看，應用市場的要求不斷高企，愈行愈近的5G、光網絡不在話下，而智能汽車、數據中心、云計算、人工智能等更需要芯片“強強聯手”。

變身為英特爾可編程解決方案事業部（PSG）的產品營銷資深總監Patrick Dorsey對智慧產品圈（微信號：pieeco）記者舉例說，未來智能汽車內的代碼量達1億行之多，每天將傳輸400G數據，并且要求更高的可擴展性和靈活性以及安全性，已不僅僅靠提升處理器工藝能解決，必須依靠CPU+fpga的異構計算、算法改進等創新來解決。

對于云計算和數據中心，也呈現越來越多由虛擬化和軟件來定義的趨勢，CPU+fpga的模式成最佳選擇，在搜索、排序等算法方面顯著加速并提升靈活性。

據預測，到2020年三分之一的云服務將基于CPU+fpga架構來呈現。

在市場的強力需求下，CPU+fpga融合之路愈加深入。

Patrick Dorsey強調，英特爾CPU+fpga將從封裝集裝走向管芯集成，通過集成降低延時提高性能，并降低功耗，為不同的性能需求提供更廣泛的體系結構支持。

導讀： CPU+fpga將從封裝集成走向管芯集成，昔日的競爭對手要在同一芯片上握手言和，這可能嗎？

寄予厚望 但須直面諸多挑戰

瞄準未來市場，英特爾對CPU+fpga寄予厚望，相關動作也在加速，3月份時就宣布旗下內置fpga的至強處理器會在今年晚些時候上市。

然而真讓CPU+fpga大行其道，還面臨諸多無形挑戰。

如今的fpga早已與幾年前“單純”的fpga不可同日而語，眾多的ARM核、DSP、存儲模塊、高速收發器讓其也成為集大成的SoC。

而如果未來的CPU+fpga封裝集成將走向管芯集成，這是否意味著X86和ARM在經歷多年的明爭暗斗之后，將終于同“芯”協力？

一方面，英特爾的X86架構與ARM核的競爭早已如烈火烹油，但現在都要放下身段，能否真正的讓X86+fpga+ARM齊“芯”協力？英特爾是否同意讓ARM在自家芯片上獲得新市場份額呢？

盡管目前ARM核與英特爾核不構成直接競爭，但未來究竟如何還取決于英特爾的氣量以及兩家公司未來的發展路數。

蘇州萬龍電氣集團股份有限公司首席架構師唐曉泉認為，英特爾與ARM合作問題不應該是技術上的，更多在于權力與利益問題。未來到底是“此消彼長”，還是 “芯”照不宣地各司其職？

另一方面是功耗。

對數據中心而言，功耗無疑已成為數據中心“無法承受之重”。而fpga的功耗一般難以與同類匹敵，如何讓CPU+fpga的創新架構能夠力克這一難題呢？

Patrick Dorsey認為，英特爾將和PSG部門通力合作，將某些算法一些特定的串行指令轉換成并行指令處理，這將可縮減50%甚至80%的功耗。目前已推出白皮書介紹fpga如何在人工智能領域的卷積神經網絡計算中提升效能。

另外不得不說開發工具。

fpga和CPU集成之后，配套的開發工具也要相應跟進，完全統一的開發套件將讓開發工作更加簡便，器件的能耗比也將大幅提升。

但X86和ARM在底層上就是不同的，對寄存器等計算資源的調用也不同，兩個平臺的軟件也需要重新再編譯才能互相“交流”，完全統一的開發套裝也將成為PSG的新奮斗目標。

未來路線明朗 微妙變化悄然產生

CPU+fpga成為雙方“一統”之后迎戰市場的最大戰略，盡管也面臨一些有形無形的挑戰，但無論如何，已進入英特爾麾下的Altera，如何在英特爾龐大的生態體系中發揮自身的潛力，讓“合體”展現不一樣的實力，從雙方的產品路線圖或可一窺究竟。

英特爾PSG的下一代產品可從產品性能和工藝兩個維度進行考量。

導讀： CPU+fpga將從封裝集成走向管芯集成，昔日的競爭對手要在同一芯片上握手言和，這可能嗎？

Patrick Dorsey介紹說，其中開發代號為Harrisville的低端產品，用于工業IoT、汽車等領域，采用英特爾22nm工藝技術；代號為Falcon Mesa(MR) 的中端產品，主要應用于4.5G/5G無線、UHD/8K廣播視頻、工業IoT和汽車領域，采用英特爾10nm工藝技術；代號為Falcon Mesa(HE) 的高端產品，主要應用于云和加速、太比特系統、高速信號處理領域，采用英特爾10nm工藝技術。

Patrick Dorsey特意提到，Altera的一個高端旗艦系列Straitx的最新一代產品Stratix 10 fpga，將采用英特爾14納米三柵極晶體管工藝。

在性能、功效、密度和系統集成方面具有突破性優勢，采用英特爾特有的嵌入式多芯片橋接技術，可提供更高帶寬和更低延時，性能提升了2 倍，功耗降低了 70%，已在工廠封裝測試。

Straitx 10芯片集成ARM核，這將是第一個在英特爾生產的帶ARM核的fpga。

而從工藝來看，Altera近些年一直與全球最大的代工廠臺積電合作。但在今年及以后，這種工藝合作能持續多久還待觀察，畢竟英特爾和臺積電在工藝領域的較量一直趨白熱化。

但Patrick Dorsey說，由于fpga壽命很長，Altera與臺積電之間的戰略合作還會繼續，一些新品也仍在臺積電生產。不過很明顯，未來在英特爾生產的比例將越來越大。英特爾和臺積電在代工領域的競合關系也將更加微妙。

英特爾的“豪”氣不只在收購之際，收購之后更是大手筆頻仍。

連已經與fpga打交道20年的Patrick Dorsey都感嘆，英特爾今年已對PSG部門大幅投資，增加了30%的開發人員，高速收發器研發人員更是增加了一倍，其中一個主要目標是確保Straitx10以最快速度上市，而這樣的投資力度可謂史無前例。

CPU+fpga路線已定，但這必定是一段需要重“芯”出發的旅程，這段旅程的“風景”如何，讓我們拭目以待。

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