横跨边缘、网路与云端运算英特尔揭露2018 FPGA应用新布局

推动企业FPGA应用，英特尔首度在台展示可程式化加速卡

李宗翰／摄影

关于企业资料中心运算平台的採用，未来走向「合久必分」的态势，以已经越来越明确。因为，长期以来，都是CPU的应用当道，而且是持续由英特尔Xeon系列处理器领军的局面，然而，随着云端服务、大数据，以至当前最热门的人工智慧，原本被归类在加速运算领域的技术，例如GPU（Graphics Processing Unit）、FPGA（Field-Programmable Gate Arrays），也趁势崛起，受到各界的热烈关注。

为了争夺这样的新兴应用市场，各大处理器厂商也都投入许多资源自行发展，或是透过併购的方式来取得相关技术。就以英特尔为例，2012年推出了协同处理器Xeon Phi，希望以此与Nvidia的GPU竞争；接着，他们在2015年併购了Altera，而跨入FPGA的运算技术；到了2016年，英特尔买下Nervana、Movidius，而能支援类神经网路与电脑视觉运算等深度学习应用。

时至今日，FPGA愈发受到英特尔重视，无论是他们今年主打的「以资料为中心的基础架构（Data Centric Infrastructure）」或是加速技术系列的产品蓝图当中，FPGA都位居相当关键的战略位置。而在本週于台北举行的英特尔FPGA技术大会（IFTD），他们介绍了该公司FPGA产品的最新发展，并探讨多种技术应用议题，像是人工智慧、工业4.0、省电、加速平台、视觉运算、低成本产品、资料中心，英特尔可程式化解决方案事业群亚太区总经理暨业务总监Ro Chawla也出席这场活动，针对FPGA这类可程式化解决方案，提出当前与未来的发展前景。

FPGA可支援多种用途，前景看好，是英特尔走向异构运算架构的重点技术

在英特尔的眼里，FPGA应用範畴相当广泛，可同时涵盖资料中心、网路功能虚拟化（NFV）、嵌入式系统、5G宽频无线网路，在部署架构上，支援单机设备、网路基础架构，到边缘运算、云端服务的使用。同时，FPGA本身也能自成体系，与云端服务和资料中心、记忆体储存、连网设备等三大平台分庭抗礼。

不过，FPGA的商机究竟有多大？根据他们的预估，FPGA的市场规模到了2022年，将达到75亿美元；若是从加速运算处理器的角度来看，也就是将FPGA、GPU、ASIC（Application-Specific Integrated Circuit）等合为一体来看，2021年的市场规模会是200亿美元。

因此，英特尔目前除了继续发展CPU，也藉由併购Altera，开始推动FPGA这种可支援多用途的加速运算技术；到了今年7月，他们宣布买下eASIC公司，将其纳入该公司的可程式化解决方案事业群（Programmable Solution Group），正式踏进结构化ASIC（Structured ASIC）晶片的市场，而能发展专属的加速运算技术，也就是ASIC、ASSP（Application-Specific Standard Parts ）──而在这样的运算架构之下，他们可运用这种介于FPGA与ASIC的技术，提供近于标準电路单元型ASIC晶片的效能与电源效率，却能够更快被设计出来，而且，所需要的ASIC单次工程成本并不多。

而在这样的态势之下，对于可程式化的应用而，如今形成了CPU、FPGA、ASIC/ASSP三足鼎立的局面。

面对种种市场的竞争，Ro Chawla认为英特尔FPGA的优势在于，对于硅科技的掌握、相关软体的研发、足以因应市场需求的解决方案、全球化的客户支援，因此，能够基于底层硬体的硅晶圆与板卡、软体设计流程、合作伙伴生态系，一路发展出多样的解决方案，对应云端服务、企业应用、网路传输、边缘运算与嵌入式系统的需求。

若就当前的产品线而言，英特尔FPGA包含了Stratix系列、Arria系列、Cyclone系列、MAX系列，而在这次举行的FPGA技术大会当中，他们还特别介绍了先前较少提及的Enpiriron Power Solutions──这是Altera在2013年併购Enpirion公司之后所取得的，而现在英特尔透过这样的技术，以PowerSoC的系统整合单晶片，来因应FPGA、CPU、ASIC等半导体设备的电力转换设计难题。

基于英特尔Arria 10 GX的可程式化加速卡，首度在台公开亮相

针对企业资料中心环境的伺服器加速应用需求，Ro Chawla也谈到英特尔FPGA的最新进展。在架构的配置上，企业可以在既有基于Xeon处理器平台而成的伺服器，搭配中阶的Arria 10 系列或是高阶的Stratix 10系列，可支援两种加速──基础架构层（网路、储存、安全），以及平行应用层（AI推论、视讯转码、资料库系统、搜寻），将这些存取作业卸载到FPGA来执行，以减轻伺服器运算的负担。

而就实际产品而言，英特尔也在去年10月推出了一套可程式化加速卡（Programmable Acceleration Card，PAC），全名为Intel Programmable Acceleration Card with Intel Arria 10 GX FPGA，顾名思义，当中採用了Intel Arria 10 GX的FPGA晶片。

当时率先表示搭配这套解决方案的厂商是Dell EMC，最初可支援相关配置的伺服器机型是R640和R740，今年上半增加了R740xd，以及富士通（Fujitsu）Primergy RX2540 M4，而在本週的FPGA技术大会上，英特尔在介绍加速平台与解决方案的专场演讲当中，我们看到Dell EMC R840和R940xa等机型，也列入支援範围，同时，也预告云达（QCT）、浪潮（Inspur）等更多伺服器厂商，也将加入搭配PAC的行列。不过，值得注意的是，在英特尔FPGA的专属网页Intel FPGA Acceleration Hub当中，前几天竟悄悄加入了HPE。

在整体解决方案的提供上，PAC可用于6大云端服务业者与企业看重的创新应用领域，像是资料分析、人工智慧、财务金融、视讯处理、网路安全、基因体学，而在8月初举行的Data Centric Innovation Summit，英特尔副总裁暨可程式化解决方案事业群总经理Dan McNamara也强调，他们的策略是透过PAC搭配完整的软体加速堆叠架构，并且已经号召30家相关的厂商，藉由这些业者开发的软体智慧财产权程式库，来建构新的生态系，并期盼1年后能够将合作伙伴数量提升1倍。

展望FPGA未来的发展方向，英特尔针对5G、网路功能虚拟化（NFV）、边缘运算，以及人工智慧在资料中心端与边缘端的执行需求，提出各自的应用场景，并且期望能够支援当中的每一个环节。