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標題: 一場由FPGA觸發(fā)的芯片戰(zhàn)爭 [打印本頁]

作者: zxopenljx 時間: 2020-8-4 10:21
標題: 一場由FPGA觸發(fā)的芯片戰(zhàn)爭
FPGA（現(xiàn)場可編程門陣列）自誕生以來就一直在沖擊著專用集成電路（ASIC，Application Specific Integrated Circuit)芯片界的神經(jīng)。在20世紀80年代中期，RossFreeman和他的同事從Zilog手中購買了這項技術(shù)，并著手創(chuàng)辦了針對ASIC仿真和教育市場的Xilinx。（Zilog出自�？松梨谑凸�，因為在20世紀70年代，人們已經(jīng)開始擔心石油會在30年后枯竭，這一點在今天仍然適用）。同時，Altera也以類似的技術(shù)為核心成立。
FPGA是由電路編程的芯片，支持“仿真”該電路。這種仿真的運行速度比使用ASIC實現(xiàn)的實際電路運行速度慢--它的時鐘頻率更慢，使用更多的功率，但它可以每隔幾百毫秒重新編程一次。
制作ASIC的人們一開始先使用FPGA來仿真ASIC，然后再將它們進行掩碼處理并批量制造。英特爾、AMD和許多其他公司在制造芯片之前都會使用FPGA來仿真芯片。

觸動電信業(yè)的神經(jīng)

電信行業(yè)一直是FPGA的主要用戶。電信標準不斷變化，建造電信設(shè)備非常困難，因此首先提供電信解決方案的公司往往會占領(lǐng)最大的市場份額。由于ASIC需要很長時間才能完成，F(xiàn)PGA提供了一個捷徑。電信設(shè)備的最初版本一般采用FPGA，但FPGA高昂的價格引發(fā)了沖突。盡管FPGA的價格對ASIC仿真市場無關(guān)緊要，但對電信行業(yè)而言，芯片的價格卻很重要。許多年前，AT＆T和朗訊制造了自己的FPGA，稱為ORCA（優(yōu)化的可重配置單元陣列），但就硅片的速度或尺寸而言，它們與Xilinx或Altera相比不具有競爭力。
如今，華為已成為FPGA的最大客戶。華為兩年前即提供了世界上最早的5G電信設(shè)備解決方案，相較于其他供應(yīng)商處于明顯優(yōu)勢，但中美之間最近的緊張關(guān)系很可能會導致產(chǎn)于美國的FPGA影響華為提供5G電信設(shè)備。

FPGA價格觸及神經(jīng)

早期，F(xiàn)PGA被用于SDR（軟件定義的無線電）——在同一時間建立多個不同標準的無線電通信，本質(zhì)上是一部講多種語言的單一電話。這一次，F(xiàn)PGA挑動了一個巨大的神經(jīng)。
SDR技術(shù)的實施方式存在分歧。商業(yè)供應(yīng)商開發(fā)了經(jīng)濟高效的解決方案，如今地球上的每個基站都有SDR技術(shù)。另一方面，在國防界，SDR是由大型國防承包商建造的，他們用有利可圖的傳統(tǒng)產(chǎn)品線來建造。其結(jié)果是基于FPGA的無線電產(chǎn)品價格非常高，以至于美國部分國防市場對使用FPGA產(chǎn)生了持續(xù)的過敏反應(yīng)。
接下來，F(xiàn)PGA試圖在DSP（數(shù)字信號處理器）和嵌入式市場中發(fā)展。在角落里有一些微處理器的FPGA開始出現(xiàn)。銷售這些新型FPGA的壓力太大，以至于如果客戶拒絕新的芯片系列，它們將被列入黑名單，有時甚至會拒絕提供服務(wù)好幾個月。鑒于FPGA產(chǎn)品具有巨大的覆蓋率和知識產(chǎn)權(quán)層而無法降低其價格，因此，發(fā)展FPGA市場的壓力一直是巨大的，F(xiàn)PGA公司征服新市場失敗的規(guī)模也是如此。

觸動HPC和數(shù)據(jù)中心的神經(jīng)

在過去的幾年里，F(xiàn)PGA一直試圖在HPC（高性能計算）和數(shù)據(jù)中心市場發(fā)展。2017年，微軟宣布在數(shù)據(jù)中心使用Altera FPGA，而英特爾則收購了Altera。2018年Xilinx公司宣布其“數(shù)據(jù)中心優(yōu)先”戰(zhàn)略，Xilinx首席執(zhí)行官在眾多分析師面前宣布Xilinx不再是一家FPGA公司了。這可能是一種輕微的戲劇化表現(xiàn)，但從歷史上看是有關(guān)聯(lián)的。
在高性能計算機和數(shù)據(jù)中心使用FPGA時，目前的主要障礙是布局和布線——運行專有FPGA供應(yīng)商軟件將電路映射到FPGA元件所花費的時間，在大型FPGA和高速CPU服務(wù)器上，布局和布線需要長達三天，而且很多時候即使在使用三天后，很多軟件仍無法解決映射問題。

觸動石油和天然氣的神經(jīng)

在石油和天然氣實施領(lǐng)域中，2007年左右出現(xiàn)了一個利基市場。傳統(tǒng)計算機模擬地球上的鉆孔以發(fā)現(xiàn)石油所花費的時間比實際建造的鉆井場地和鉆井本身還要長，F(xiàn)PGA加速器的使用極大地改變了這種顛倒時序。石油公司數(shù)據(jù)中心中的第一個FPGA，用于計算地震圖像，由MaxelerTechnologies制造，并交付給Chevron。
幾年來， FPGA在石油和天然氣領(lǐng)域的應(yīng)用不斷擴大，直到來自ASIC行業(yè)的壓力導致CPU技術(shù)回歸標準化。如今，石油和天然氣中的預(yù)測和模擬仍然很重要，地震成像大多在CPU和GPU上完成，但FPGA的機會仍然存在。我們需要注意的是，“今天的新事物是明天的遺產(chǎn)”，當然，如今的新事物是對AI和數(shù)據(jù)的關(guān)注。
盡管如此，F(xiàn)PGA仍然是一種快速進入市場的方式，是獲得競爭優(yōu)勢的簡單方法以及在許多關(guān)鍵任務(wù)情況下必不可少的技術(shù)——盡管與ASIC相比，芯片價格昂貴。然而，在與CPU或GPU上運行軟件相比，在HPC和數(shù)據(jù)中心中，F(xiàn)PGA的運營成本大大降低。與CPU和GPU相比，所需的FPGA更少，所需的冷卻也更少。FPGA使得數(shù)據(jù)中心規(guī)模更小，這觸及了運營商擔心數(shù)據(jù)中心可能會縮小的神經(jīng)。

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