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)型的每個細節(jié)中，都需要靈活強大的算力做支撐。
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)日上詳細介紹了 FPGA 全系列產(chǎn)品矩陣的最新進展，目前英特爾總計提供了 6 款先進的全新 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 還兼容各種開放標準和 IP 核，并使用圖形化設(shè)計方法，自動處理底層細節(jié)，使 FPGA 設(shè)計進門檻大幅降低，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 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大功能，讓開發(fā)團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)品要求更加復雜多樣、處理海量數(shù)據(jù)和復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 AI 可擴展性
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)標準軟件棧、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)的最新進展，加速開發(fā)，共享技術(shù)紅利。
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