數(shù)字化，已經(jīng)不再是酷炫的科技熱詞，現(xiàn)在我們的生產(chǎn)與生活都在由 IT 系統(tǒng)做支撐。小到“雙十一”智能分揀防爆倉和快遞驛站為包裹增加智能標(biāo)簽，大到智能汽車電池能效管理和輔助自動駕駛，甚至“無人”工廠里的大量智能機(jī)械手、AI 質(zhì)檢員，在這些不同領(lǐng)域、不同行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的每個細(xì)節(jié)中，都需要靈活強(qiáng)大的算力做支撐。
FPGA，作為專用集成電路 ASIC 領(lǐng)域的半定制電路，過去往往只用于高精尖核心行業(yè)的特定需求中，并不像 CPU、GPU 應(yīng)用普及廣泛。不過萬物互聯(lián)的 AI 時代，F(xiàn)PGA 所擁有的軟硬件可編程特性，可以根據(jù)不同應(yīng)用場景需求去優(yōu)化，實現(xiàn)定制化的設(shè)計。同時，F(xiàn)PGA 在不斷吸收先進(jìn)技術(shù)，如 AI 加速、高速互聯(lián)，這些都在為 FPGA 技術(shù)與應(yīng)用迎來新的發(fā)展機(jī)遇。
作為芯片等軟硬件技術(shù)的核心廠商，英特爾舉辦了 2023 年英特爾 FPGA 技術(shù)日大會，今年的主題為：創(chuàng)新加速，塑造 FPGA 芯未來。英特爾聯(lián)合多家合作廠商，分享了最新 FPGA 硬件性能與產(chǎn)品解決方案，以及在工業(yè)嵌入式、數(shù)據(jù)中心、通信、AI 等領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新，深度展現(xiàn)了英特爾在加速可編程創(chuàng)新、推動中國行業(yè)數(shù)智化進(jìn)程上的重要作用。
01
高端 FPGA Agilex 7 系列之后
英特爾發(fā)布 Agilex5、Agilex3 系列
覆蓋 5G 通信、邊緣等更多新興場景
作為芯片領(lǐng)域的巨頭，英特爾在技術(shù)日上詳細(xì)介紹了 FPGA 全系列產(chǎn)品矩陣的最新進(jìn)展，目前英特爾總計提供了 6 款先進(jìn)的全新 FPGA 產(chǎn)品和平臺，全面覆蓋從通信、數(shù)據(jù)中心到物聯(lián)網(wǎng)、汽車、工業(yè)邊緣各類場景應(yīng)用需求。
英特爾全系列 FPGA 產(chǎn)品和平臺
Agilex 系列是英特爾 FPGA 的旗艦級產(chǎn)品系列。其中重磅的 Agilex 7 系列FPGA， Agilex 7 F 系列靈活性優(yōu)化實現(xiàn) FP16、BFLOAT16、整數(shù)模式的 DSP 靈活性；Agilex 7 I 系列互聯(lián)寬帶優(yōu)化實現(xiàn)更高 IO 與處理器 I/F 帶寬；Agilex 7 M 系列實現(xiàn)最高超過 1Tbps 的內(nèi)存帶寬以及強(qiáng)化內(nèi)存 NoC 等，并且 Agilex 7 系列邏輯結(jié)構(gòu)性能功耗比提升 2 倍。
由FPGA、結(jié)構(gòu)化ASIC和ASIC組成的英特爾自定義邏輯組合
而全新的 Agilex 5、Agilex 3 系列則定位于更小的外形，提供超低功耗和成本效益，可廣泛應(yīng)用于對功耗敏感的工業(yè)自動化、醫(yī)療、消費電子、邊緣計算等場景。這一系列產(chǎn)品更新，加之低功耗、成本的結(jié)構(gòu)化 ASIC 和 ASIC，使英特爾 FPGA 產(chǎn)品矩陣在高端、中端和低端都有強(qiáng)有力的解決方案選擇。
Agilex 全系列硬件產(chǎn)品在現(xiàn)場展示
除了硬件性能外，軟硬件的協(xié)同調(diào)優(yōu)同樣重要，因此，軟件也是實際發(fā)揮 FPGA 優(yōu)勢的關(guān)鍵。英特爾推出的 Quartus 設(shè)計軟件為客戶提供了一個開放、全面的設(shè)計環(huán)境，可以支持 FPGA 的整個設(shè)計流程，與各類 EDA 工具無縫集成。Quartus 軟件以簡單易用見長，支持高抽象級別的設(shè)計輸入像 C/C++、SystemVerilog、MATLAB 和 Simulink 等，大幅簡化設(shè)計流程。Quartus 還兼容各種開放標(biāo)準(zhǔn)和 IP 核，并使用圖形化設(shè)計方法，自動處理底層細(xì)節(jié)，使 FPGA 設(shè)計進(jìn)門檻大幅降低，用戶可以快速上手高效完成設(shè)計。此外，Quartus 以 IP 為中心，將 AI、C++ 轉(zhuǎn)換為 RTL，RISC-V，Arm 工具套件，與英特爾至強(qiáng) CPU 實現(xiàn)全棧連接，大幅提升產(chǎn)品上市時間。
Quartus 通過硬件性能調(diào)優(yōu)、UI 等優(yōu)化，提升 FPGA 軟件設(shè)計工具易用性
Quartus 軟件的簡單易用加上強(qiáng)大功能，讓開發(fā)團(tuán)隊能夠高效完成可編程芯片的設(shè)計創(chuàng)新。會上英特爾提出了對于 Quartus 的愿景，針對 HML 全系列 FPGA 優(yōu)化的軟件設(shè)計，打造卓越的 FPGA 設(shè)計工具，強(qiáng)化每瓦性能，縮短編譯時間，擁有內(nèi)存優(yōu)勢，不斷突破易用性極限，通過社區(qū)支持、無縫安裝，一鍵式使用模型。我們能看到，通過強(qiáng)大的 FPGA 硬件性能，加之在軟件生態(tài)的調(diào)優(yōu)和提供簡單靈活開發(fā)工具平臺，英特爾在 FPGA 領(lǐng)域一直在探索發(fā)展，這也將是讓 FPGA 技術(shù)加速開發(fā)創(chuàng)新的核心與關(guān)鍵。
02
FPGA 的新機(jī)遇
以邊緣實時加速，成為 AI 創(chuàng)新關(guān)鍵力量
今年最火的技術(shù)方向，就是人工智能技術(shù)正在快速嵌入到各行各業(yè)，釋放巨大應(yīng)用潛力。而 AI 應(yīng)用場景的持續(xù)增加、產(chǎn)品要求更加復(fù)雜多樣、處理海量數(shù)據(jù)和復(fù)雜算法對計算性能提出了更高要求。如在云端大批量處理 DL/ML 訓(xùn)練，網(wǎng)絡(luò)中深度數(shù)據(jù)包檢測、波束成形、擁塞控制；在醫(yī)療、工業(yè)、自動運輸行業(yè)進(jìn)行邊緣計算，提供實時的推理能力等。FPGA 憑借其軟硬件靈活可編程的特性，除了在數(shù)據(jù)中心的異構(gòu)多元算力架構(gòu)里提供加速能力之外，英特爾 FPGA 更廣闊的新機(jī)遇是能為邊緣到云提供基于 FPGA 的 AI 可拓展性、易用方案，為邊緣側(cè)的數(shù)據(jù)提供實時處理與加速，而這可能會成為 AI 加速的關(guān)鍵力量。
英特爾 FPGA 為邊緣到云全線增強(qiáng) AI 可擴(kuò)展性
英特爾公司的 FPGA 軟件棧包括高級設(shè)計輸入和應(yīng)用堆棧、集成行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)軟件棧、Intel P4 授權(quán) AI 套件、DSP Builder、Intel FPGA AI 套件和 Intel P4 套件等。這些使英特爾 FPGA 擁有完整的 AI 軟硬件解決方案棧，可以幫助用戶在 AI 訓(xùn)練、推理以及大數(shù)據(jù)處理等環(huán)節(jié)加速開發(fā)。
現(xiàn)場展示 PIB 傳感器融合
除了大熱的 AI 場景，此次技術(shù)日的技術(shù)論壇中，英特爾還分享了 FPGA 在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新與解決方案。在工業(yè)環(huán)境下，成千上萬的傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)需要實時連接和控制，對網(wǎng)絡(luò)的時延敏感性非常高。英特爾 FPGA 支持的時間敏感網(wǎng)絡(luò)(TSN)技術(shù)可以提供確定性的超低延遲，滿足工業(yè)對網(wǎng)絡(luò)的苛刻需求。它還提供了無線通信和安全加密的完整解決方案，使工業(yè)系統(tǒng)更加智能、安全。另外，F(xiàn)PGA 憑借其在高速數(shù)據(jù)處理和實時預(yù)測方面的優(yōu)勢，也可廣泛應(yīng)用于工業(yè)大數(shù)據(jù)分析、視頻監(jiān)控、AI 質(zhì)檢等場景，助力工廠實現(xiàn)智能制造。
另外，在通信領(lǐng)域，5G 正快速構(gòu)建新型基礎(chǔ)設(shè)施。而 FPGA 憑借其設(shè)計靈活性正成為 5G 基站的理想選擇。英特爾 FPGA 能夠?qū)崿F(xiàn)基帶處理單元、RF 前端和基站管理的一體化設(shè)計。相比于其他解決方案，這不僅降低了部署復(fù)雜度，也使系統(tǒng)更加靈活，可以按需配置不同的無線接入技術(shù)。同時，英特爾 FPGA 還能提供恒定的無線電參數(shù)控制，確保信號品質(zhì)。
英特爾FPGA中國技術(shù)日現(xiàn)場，交流FPGA實踐方案
英特爾FPGA中國技術(shù)日的內(nèi)容還有非常多，可以看到，數(shù)字化轉(zhuǎn)型浪潮下，F(xiàn)PGA 這一可編程芯片平臺正發(fā)揮著越來越重要的作用，其軟硬件的開放、靈活和易用性，也讓 FPGA 成為實現(xiàn)加速創(chuàng)新的更優(yōu)選擇。作為軟硬件核心技術(shù)廠商，英特爾不斷優(yōu)化自己的 FPGA 軟硬件技術(shù)，同時也和各種主流設(shè)計工具無縫集成，與軟硬件、通信、細(xì)分行業(yè)方案等各方技術(shù)合作廠商共同探索開放創(chuàng)新的 FPGA 技術(shù)生態(tài)，最終降低采用 FPGA 的門檻，釋放 FPGA 最大的應(yīng)用潛力。而 FPGA 的技術(shù)與方案，也值得各領(lǐng)域與行業(yè)的開發(fā)者重點關(guān)注，掌握核心技術(shù)的最新進(jìn)展，加速開發(fā)，共享技術(shù)紅利。
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