現場可編程門陣列（FPGA）一直是半導體市場中的另類物種。它從僅僅只有幾個邏輯門、可以用來模擬其他硬件并進而運行軟件開始向前演進；在FPGA一直在遵循著其自有的演進之路的同時，它們也在利用為通用中央處理器（CPU）和定制化專用集成電路（ASIC）開發的其他技術。

在2020年1月22日于舊金山GlassHouse舉辦的“下一代FPGA平臺（TheNextFPGAPlatform）”活動上，這成為了我們與Achronix產品規劃及業務拓展副總裁ManojRoge對話的主題之一。成立于2004年的Achronix是FPGA市場中比較新的玩家，目前得到的發展動力強于其他更大的競爭對手。

Roge對重要FPGA玩家的產品和策略并不陌生。從上世紀九十年代中期到21世紀前十年中期，Roge是Cypress半導體公司的產品線經理，在不同的管理職位上負責管理相應的產品線。在2005年，Roge擔任Altera的產品規劃資深經理，掌管該公司的65nm和40nm產品和市場策略。當時，Achronix才創立不久。五年之后，Roge成為了Xilinx的產品規劃總監，負責該公司的產品路線圖和生態系統。四年之后，他成為了推動其數據中心和通信產品線的規劃和市場營銷總監。在2017年的夏天，Roge在Achronix得到了其現有的職務，負責又一家FPGA供應商的策略及路線圖。這樣的經歷給他帶來了獨特的視角，Roge對此倍感興奮，而不覺得是無新意的重復。

“該領域能給大家帶來諸多興奮點，其原因有多個，”Roge告訴TheNextPlatform雜志。“第一點就是數據中心中的關鍵工作負載正在以快速的、全新的節奏在改變，諸如機器學習等新的功能正在加入其中。每個人都在期盼著指數級的功耗降低和性價比提升，這是因為你不能僅僅靠部署越來越多的CPU來擴展數據中心的規模，我認為現在的業界共識是你需要異構的加速器。FPGA是一個選項，為了讓你的數據中心在未來不過時，通過部署FPGA技術可帶來多種優點。”

這種可塑性——我們已經聽到許多人將FPGA描述為“動態的ASIC”，而我們更愿意稱其為“動態虛擬ASIC”，這是因為它們通常表現為帶有可編程虛擬指令集的、一定數量的CPU，這些也是FPGA的關鍵功能。無論何時你有需要經常改動的工作負載，同時它們有要求低延遲和并行的計算，那么FPGA就是你應該考慮的計算平臺。

從Roge的視角來看，FPGA已經經歷了三個紀元，而我們仍然處于幾年前才開始的第三個紀元。

“從上世紀80年代到90年代中期的FPGA1.0階段主要是關于連接在一起的邏輯單元，”Roge介紹道。“這個時代的產品包括低端的CPLD和PLD器件，而客戶當時常常把它們用作連接在一起的邏輯單元，或者一些可編程的I/O器件，大致說來其市場總需求量在10-20億美元之間。而從上世紀90年代中期到大約2017年為FPGA2.0階段，我們將其稱為連接浪潮期，這個階段中很多FPGA被用于為網絡和存儲實現接口。大家一直熱愛以太網和DDR存儲器，同時隨著FPGA的密度和性能不斷提升，它們被用于一些復雜的功能，而不僅僅是連接在一起的邏輯。而這些應用將FPGA的市場需求總量擴展到大約50億美元。”

取決于你如何來計算，包括Xilinx、Altera/Intel、Lattice半導體和Achronix在內的主要FPGA供應商的總銷售收入達到了大約65億美元，因而現在他們實現了一個大得多的市場需求量。討論的標的到底真正有多大，這是我們主辦這次以FPGA為中心的活動的原因之一。

Roge說到：“從大約2017年開始，我們進入了FPGA3.0這個新紀元，其核心內容都是數據加速。現在，FPGA不再僅僅用于一些連接在一起的邏輯或者制作原型，它們自己已經成為計算引擎，在微軟Azure和亞馬遜WebServices等應用的數據中心得到了大批量的部署。”現在FPGA市場總需求量的保守估算為100億美元，同時也可能是這個數字的2-3倍。

現在的問題是如何將這個總的市場需求量轉化為現實需求，而這需要重新打造硬件和軟件。

“無論你正在打造諸如高性能計算（HPC）集群或者用于超大規模數據中心的解析功能等系統，它們都可以從原理上簡化為這三個要素：非常高效的計算、分層的存儲架構和帶寬、以及高效地數據轉移，而我們一直在認真地深入研究如何去優化它們。現在，我們采用了臺積電（TSMC）的7nm工藝技術，所以我們將從中獲益并采用了與Xilinx最新產品相同的技術；而Intel在最新的Agilex產品中采用了10nm技術，它與TSMC的7nm技術大致相同。但是我們產品的差異化在于架構和我們采用的性能，我們決定專注于幾類應用工作類型，同時我們希望能夠提供行業領先的產品，即單位功耗和單位成本上的最佳性能。”Roge表示。

“我們反復考慮了這些應用的方方面面，而且從架構上進行創新，使客戶即使面對Xilinx和Intel也更傾向于選擇我們的產品。我們并不擔心與他們的產品進行各個單項上的直接比較——邏輯單元、DSP單元塊、存儲器單元塊等等。每秒萬億次運算（Teraops）是一個用于市場營銷的數字，它真的并不意味著什么。真正重要的是你如何能夠去加速整個應用，正是因為你已經擁有了合適的存儲帶寬和高效的機器學習計算引擎，因此我們能夠提供一個優異的端到端應用性能，例如最佳的圖形識別性能。”Roge補充到。

我們可以說存儲帶寬、I/O帶寬以及Teraops（或者Teraflops）是任何器件的標志性指標，而你如何去利用硬件和軟件來形成獨特的組合而實現這些指標，是真正的終極大事。這就是我們在定義FPGA器件時的另類觀點，從而使這些器件在數據中心等領域中可以找到持續長久的、但也可以不斷改變的應用。