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面向5G核心网络放大招儿!赛灵思:1可以等于22

2020-03-11 17:12来源:半导体联盟
导读:三十多年前,赛灵思公司推出了全球第一款FPGA产品XC2064。

SemiUnion报道,三十多年前,赛灵思公司推出了全球第一款FPGA产品XC2064。当时,这款FPGA产品只是一颗采用2μm工艺,包含64个逻辑模块和85000个晶体管,门数量不超过1000个的芯片。

然而,这款产品的发布就像为集成电路芯片配备了“五彩画笔”,赛灵思自己可能都没想到,FPGA从此大放异彩。

随着技术的不断发展,FPGA的功能和集成度不断提高,FPGA在系统中逐渐由配角变成主角,从普通的胶合逻辑扩展到业务处理原型机应用以及大规模量产设备中。

因为可编程性,也有人把FPGA比作是集成电路领域的“橡皮泥”,什么集成电路都能模仿,堪称万用IC,你想捏成什么样就捏成什么样,捏的不好,可以重新再捏。

由于可塑性高,自1985年被Xilinx发明以来,FPGA的容量增长超过一万倍、速度增长超过一百倍,同时其成本和功耗均降低了超过一千倍。

然而,可编程器件的发展不仅仅是集成更多查找表的军备竞赛,如何贴近应用,为应用优化才是需要优先考虑的事项。

3月11日,赛灵思举办网络媒体发布会,宣布推出新三款Versal ACAP产品——Versal™Premium。在此之前,赛灵思Versal ACAP相关产品已经发布了AI Core系列和Prime系列。

据了解,最新的Versal Premium系列具备高度集成且功耗优化的网络硬核,是业界带宽最高、计算密度最高的自适应平台。Versal Premium专为在散热条件和空间受限的环境下运行最高带宽网络,以及那些需要可扩展、灵活应变应用加速的云提供商而设计。

面向5G核心网络放大招儿!赛灵思:1可以等于22

图片来源:赛灵思

直面5G时代网络转型的挑战

有线通讯市场一直是可编程器件的传统应用领域。

在过去的几十年中,随着通讯的内容从语音、文字、图片走向高清视频,对带宽和处理能力永不满足的需求一直主导着这个领域的飞速发展。

无论是5G的建设,还是COVID-19疫情带来的远程办公、远程教育的一夜普及,都对作为基础设施的有线网络设备提出了新的要求。

在发布会上,赛灵思产品线营销与管理高级总监Sumit Shah认为,随着应用逐渐多元化和工作负载(比如智能设备、视频流、物联网、企业等)的数据爆炸性增长,使得核心网正面临巨大的压力。数据显示,2019年区域流量容量提升了100倍,带宽年复合增长率达到了51%。

面向5G核心网络放大招儿!赛灵思:1可以等于22

图片来源:赛灵思

随着5G网络投入运营,数据的爆炸性增长,对于整个网络基础设施提出了更高的要求,这也加速驱动了网络转型。

为应对这样的挑战,Versal Premium新集成了400G以太网,600G Interlaken等接口的多端口全协议完整支持能力,强化了低速率下多端口处理能力。在功能上,还集成了112Gbps高速串行端口、最大4x400Gbps带宽的AES-256/MACSec加密处理能力、1纳秒精度级别的时间戳能力等。

面向5G核心网络放大招儿!赛灵思:1可以等于22

图片来源:赛灵思

这些内建集成的功能模块与可编程逻辑部分相配合,为新一代大容量通讯系统的设计提供了坚实的基础。

由此看出,赛灵思Versal Premium已经为支持包括有线通讯应用在内的大容量大带宽场景做好了准备。

1可以等于22

事实上,作为业界首款自适应计算加速平台(ACAP),Versal是一个功能远超常规芯片架构的革命性全新异构计算器件类别。

而全新的Versal Premium采用台积电(TSMC)7nm工艺制程打造而成,融软件可编程能力与动态可配置硬件加速、预制连接和安全功能为一体,为加快产品上市进程提供了强大引擎。

作为Versal ACAP的最新产品系列,Versal Premium系列可提供比当前FPGA高达三倍的吞吐量,且内置以太网、Interlaken和加密引擎以打造快速、安全的网络。该系列提供了当前部署主流FPGA两倍的计算密度,同时还面向持续扩展的多元化且不断演进的云工作负载及网络工作负载,提供了灵活应变的能力。

面向5G核心网络放大招儿!赛灵思:1可以等于22

图片来源:赛灵思

此外,按照赛灵思高端ACAP和FPGA产品线高级经理Mike Thompson的介绍,Versal Premium系列规模化的网络IP集成,提供了等效22个16nm FPGA的逻辑密度,极大缩减了开发者在设计基础架构与连接上的投入,可以使得开发者将更多的精力专注于差异化。同时,这也使得Versal Premium系列能够超越摩尔定律的局限,实现新一代的带宽与处理能力,并且能够显著降低资本支出与运营成本。

面向5G核心网络放大招儿!赛灵思:1可以等于22

图片来源:赛灵思

赛灵思Versal Premium系列基于已经发布且当前正在供货的Versal AI Core与Versal Prime ACAP系列而打造。配合Vitis™统一软件平台与Vivado®设计套件,Versal Premium可为软件与硬件开发者提供完整的解决方案堆栈,助力实现最高生产力。

据悉,Versal Premium系列将于2021年上半年开始为早期用户提供样品。目前已提供文档,客户可立即使用Versal Prime评估套件开始原型设计。Versal Prime器件与Versal Premium器件拥有众多相同的架构模块,支持引脚迁移至Versal Premium。

附发布会精彩问答:

提问:新的Versal Premium系列在引擎和金融设计上应用了消费级的产品,请问前期系列推出的背景以及应用场景是什么?第二,对目前通用的处理器,7纳米工艺能够为Prime在能效比上带来多大的竞争力?我想Prime的能效是不是说Premium,就是我们今天的这个产品,使用了新产品的名字。

Mike Thompson:关于第一个问题,这个产品一般不会去进入到消费产品领域,它一般更多的是用于一些网络设备、计算硬件和测量的设备。

关于第二个功耗的问题,7纳米是Versal Premium的优势,Versal Premium功耗优越性主要是由于它大规模集成,如果你把以太网Interlaken和加密引擎全部用软件逻辑去做的话需要一堆FPGA去做,但是由于Versal Premium只是一个ASIC硬核,所以它的效率能够提高很多。

另外我们在FPGA和ACAP的架构上也有很大的优势,Angelix系列产品功耗性能只赶上上一代FPGA UntraScale+的产品水平。

提问:目前是否有运营商已经有大规模应用意向,我们的产品性能这么高,会不会非常昂贵,限制了它在市场的应用规模,我们估计未来到底有多大的市场规模?

Mike Thompson:我们看到已经有很多的市场都对Versal Premium表示非常浓厚的兴趣,比如说有电信方面的,还有全域网、交通网的,也有来自于数据中心加速的、测试和测量的都希望拿Versal Premium去做有关的测试。Versal Premium是一款非常高端的产品,所以如果有些客户想要部署一些最尖端、最先进的技术来抓取市场份额的话,是宜早不宜迟,从现在就要开始利用这些功能,所以我们针对的目标客户并不是希望能够实现成本最低的客户。而且现在随着摩尔定律的消亡,我们看到芯片并不会随着技术节点一个一个的推进,成本越来越低,所以现在最基础的成本要么是维持现有水平,要么是在不断增加。但是由于Versal Premium有非常大规模的集成,我相信我们的客户在我们产品线当中也会越来越多的看到价值。

提问:可不可以举一个例子说我们现在有哪些对外公布的客户已经在采用Versal Premium进行早期的开发?客户可以通过什么样的渠道获得评估套件?在市场上Versal Premium对标的竞争产品是什么?

Mike Thompson:第一个问题涉及到保密信息,所以还不能对外公布哪些客户在做早期的开发。另外我们的评估套件和Versal Premium器件现在都可以通过赛灵思的标准销售渠道,用的是赛灵思直销,是我们全球分销合作伙伴都可以进行获得。

Sumit:其实市场上并没有和Versal Premium完全一样的产品,所以我们之前就说ACAP是我们全新器件的品类,如果一定要对标的话,那就是我们的竞争对手Angelix。但是这个比较也不是特别恰当,首先Versal Premium集成规模和程度要远远高于Angelix,而且Premium产品组合的范围也比它广得多。

如果大家来看看英特尔Angelix材料的话,可以看到他们的FPGA跟我们的ACAP还是有非常大的区别,比如处理节点,他们是10纳米,我们是7纳米,而且刚才Mike给大家介绍所有的集成,英特尔的产品是没有的。

提问:中国5G电网速度非常快,三大运营商都开始5G核心网招标,但是赛灵思Versal Premium 2021年才能供货,是否能够及时抢占这一市场?

Mike Thompson:5G的运营商一般使用的是Versal的AI Core系列产品,到今年年底应该能够大规模生产,所以我们Versal系列产品可以很好地满足电信运营商的需求。如果我们来看一下这个预测,关于核心网络,其实它的高峰应该是在2023年,也就是三年之后,并不是说5G本身,核心网络建设要比无线网的投资要晚两到三年的时间,所以如果客户现在能够用Versal Premium去做开发和设计,是能够赶上2023年收入爆增的机遇,所以我们现在推出Versal Premium也是帮助客户能够抓住2023年销售的机遇,并且从现在开始进入我们的生态。这是一个非常有洞见的问题,感谢大家的提问。

提问:去年6月份赛思宣布交付了Versal AI Core和Versal Prime系列器件,大半年以来,客户和市场的反灵馈怎么样?

Mike Thompson:Versal AI Core和Versal Prime现在已经是有几百家客户,反响非常好,而且在大家的支持下他们也希望我们能够加速它的生产,Versal AI Core大概能够提速2个季度,在今年的时候就能够生产。

记者:看到Versal Premium支持PCIE Gen5很令人惊讶,因为它提高的带宽很多生态系统还在努力解决SI的问题,您认为这些问题在2021年能解决吗?

Mike Thompson:关于这些问题肯定可以解决,因为很多客户碰到的SI的问题主要来自一些及时可用的收发器,而且赛灵思有非常悠久的传统和历史,就是我们开发自己的收发器的技术,在过去三代的产品来看,我们在收发器技术方面的执行质量都是非常不错的。32G收发器,也就是PCIE第五代收发器,其实它量产已经有很多年时间了,质量都非常好,我们对它的特性也非常熟悉。而且这个PCIE Gen5这个其实已经在16纳米的级别上有部署了,所以我们对于它的相关SI挑战是非常清楚的,我们也相信有能力去解决PCIE在这方面一些额外的需求。

提问:您认为在边缘服务器领域Versal Premium会有多大的市场?

Mike Thompson:在边缘服务器领域肯定有很多的优势需要加速,Versal的功耗非常优越,能够实现硬件基础上软件的加速。而且主要要看他们希望能够实施的一些工作负载,比如说图像处理还是视频分析,这些采用Versal都是比较合适的应用。另外在智能网络界面卡和智能存储方面应该也有用途。

提问:我们一直在提到摩尔定律已经消亡,但是赛灵思这次打破摩尔定律,通过Versal Premium对下一带带宽处理速度突破很大的限制,在突破这些限制的时候遇到了哪些技术难点?

Mike Thompson:这是一个非常好的问题,随着摩尔定律的消亡,晶体管不会自然而然变得更快、功耗更低或者成本更低,因此我们需要新的创新去突破芯片节点式的技术推进。绝大多数创新都是来自于集成,比如我们看一下我们集成的这些技术和之前FPGA进行比较的话,可以说有很多都是可以被我们的产品取代的现有技术,正是通过这样的方式,我们才能够超越摩尔定律。而且除此以外,我们ACAP尤其是Versal Premium它的集成非常丰富,也是非常广泛的,比如我们有应用处理器、实时处理器、平台控制器,还有存储器界面和各种各样的连接,所有这些都能够为客户提供非常高效的解决方案,所以客户不需要拿一块很大的板上面各自去装,只需要一个器件Versal Premium就可以实现了。

提问:我们看到赛灵思在Versal Premium上运用了大量AI技术,对于人工智能,对于赛灵思是看到了什么样的方向?Versal Premium产品对未来人工智能市场带来什么样的影响?

Mike Thompson:首先我们要看到的是Versal Premium产品组合是非常广泛的,它包含有一个专门系列的产品就是去服务AI方面的需求。Versal Premium在图形识别方面特别出色,尤其是DSP,尤其是根据我们前代产品来开发DSP算法的客户。而且Versal Premium和ACAP可以支持非常广泛的数据类型,可以支持很多种的算法,这些算法就能够包含所有这些数据类型,可以通过Versal Premium和ACAP非常轻松容易地去做加速。而且我相信随着越来越的客户认识到ACAP的实力,我们也会越来越多的获得在这方面客户的市场份额,尤其是GPU的客户,因为现在可能很多客户对我们的了解还不够深入,尤其是我们Versal Premium,比如说它有非常优越存储器的带宽,而且它有非常优越的片上存储器,它能够批量处理一次一个的任务。而且FPGA吞吐量的特性是它要做大批量的处理,所以会形成时延瓶颈,所以有很多小的任务必须积少成多之后才去交给GPU去处理,这就会导致性能低下,时延变长,而且客户也不愿意在旁边等着这个过程的完成。还有ACAP和FPGA我们一次可以只处理一项工作任务,比如说CPU可以直接把这项任务直接交给我们的虚拟加速器就可以非常轻松,以便迅速的去完成。

提问:5G到来之后,对带宽和软硬件处理性能提出了更高的要求,我们注意到Versal Premium在带宽方面有着非常显著的提升,我们的产品是否给5G技术领域的部署带来全新的改变?

Mike Thompson:我不敢说它会对5G部署带来全新的变化,但是它肯定能够支持5G的部署,比如能够有100倍的带宽需求,现在我们肯定不可能实现,所以必须要有全新的方法去做,那么我们新的产品是能够支持这样的5G部署的。

Sumit:刚才Mike给大家介绍的是Versal Premium对于网络和数据中心设计方面能够起到的作用,但是对于5G网络部署本身,其实我们有Versal Core、AI Core的系列,我们现在MPSoC和RFSOC这些都是5G部署会用到的我们的技术,具体大家也可以看到我们IG产品系列的途径。

提问:能否谈一下赛灵思方案与ASIC方案相比的优势?我们谈到关于编程语言的问题,类似思科和英特尔等这些竞争对手在他相应的产品上使用了P4编程语言来提升交换机的可编程能力,赛灵思方案如何进一步提升编程语言方面?可以对比一下VITIS在这方面应用与P4的差异吗?

Mike Thompson:首先来说说和ASIC的比较,首先ASIC开发时间非常长,要两到三年的时间才能够从开始到出器件,而且它需要大量的投资。Versal首先我们是花钱10亿美元把它推向市场,而且ASIC成本非常高,它第一个器件做出来需要1亿美金都挡不住,而且三年之后才能够实现,而ACAP和FPGA可以采用当今最先进的技术马上就可以开发出来。给大家举两个例子,分别是网络和计算。首先是800G以太网在今后几年应该会标准化,如果是ASIC的话,它要符合以太网新标准的话,它必须要等到800G所有的规格都完成都出现之后才可以进行。所以如果主要投资ASIC的话,要等所有技术规格、标准规格都确定之后,再过两到三年的时间才能够开发完成,如果是Versal Premium,明年初的时候它就可以支持800G以太网,而ASIC要落后两到四年。

这是一个非常好的问题,我来给大家回答一下,我们就举卷积神经网络的例子CNN,它的算法是一直在变化的,无论现在图像识别使用的什么算法,再过一段时间它肯定会变化。所以如果是ASIC有两到三年周期的话,无论它什么时候上市,它对神经应用网络来说肯定是过时的。

提问:Versal Premium有哪些明显的竞争优势?另外台积电也已经开始应用,请问赛灵思是否开始部署使用更新技术保持竞争力?

Mike Thompson:赛灵思和台积电在好几代以前就共同开发了SSIT2.5D的集成技术(堆叠硅片互联技术(SSI,Stack Silicon Interconnect)),它是一个数量非常高而且质量也非常高的一个组装技术,但是这并不是独家的一个组装技术。很多芯片制造厂商都在使用,是非常广泛成熟的一个技术,而EMIB这个技术现在只有一家供应商,所以这本身也是一个巨大的挑战,而且它的架构在热处理方面也有很大的挑战。另外,EMIB收发器有很多热点,这会带来很多的问题,比如互联IT、纠错功能方面有很多散热是有问题的。而且EMIB只有一家供应商,所以这也大大影响了它的灵活性,不像除了台积电还有很多其他生产厂家都可以提供。片上可编程网络并不是关于组装的技术,它可以说是在芯片上的一种通信网络,可以实现引擎之间的互联,甚至可以涵盖整个芯片,但是功耗非常低。而且Versal的片上可变成系统比市场上其他任何的产品功能都要强大,比如它的服务质量,还有带宽,还有预置的架构,它的性能是最优越的。

关于下一代芯片技术的路线图,目前我们还不变透露。但我们非常密切关注供应商推出的技术情况,能够适时采用合适的技术来应对市场的挑战。这一点,赛灵思拥有绝对的领先地位。Versal Premium能够以3倍带宽打造最快速最安全的网络,能够实现2倍计算密度的灵活应变加速,并且高度集成的硬件软件平台提高生产力,对我们的客户来说,提高生产力就意味着能够以最快的速度上市。它是在自适应平台上突破集成了功耗优化的网络硬核,2021年上半年开始芯片采样,客户能够立即开始使用。

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