FPGA可堪大算力?
AI催生的大算力為諸多處理器企業(yè)帶來了實打?qū)嵉臓I收,相比之下,面對AI這波紅利,高端FPGA市場顯得有些“落寞”。
2024-09-30 09:57:20
來源:中國電子報、電子信息產(chǎn)業(yè)網(wǎng) 姬曉婷??

AI催生的大算力為諸多處理器企業(yè)帶來了實打?qū)嵉臓I收,相比之下,面對AI這波紅利,高端FPGA市場顯得有些“落寞”。

“輔助者”的角色

現(xiàn)有數(shù)據(jù)中心中,F(xiàn)PGA的角色更像是個“輔助者”。

ASIC流片前的硬件仿真或原型驗證平臺,是FPGA的第一重身份。

相較于CPU、GPU,F(xiàn)PGA作為一種具有可編程特性的集成電路,靈活性更強。GPU等類型處理器一經(jīng)生產(chǎn),其邏輯功能就被“固化”在芯片上,盡管很多芯片可以通過對片上寄存器進行編程,但這種編程更多是改變芯片的配置,并不會改變其本身的邏輯功能。如果想要對它的邏輯功能進行更改,或者修復(fù)設(shè)計的缺陷和漏洞,就要重新對芯片進行設(shè)計、驗證和制造,這一過程需要耗費大量的時間、人力、金錢,也將為設(shè)計公司帶來更高的投入和風(fēng)險。

而FPGA只包含最基本的邏輯門,通過某種方式對這些邏輯門進行排列組合,就能通過編程改變其邏輯結(jié)構(gòu)。這樣一來,包括算力芯片企業(yè)在內(nèi)的處理器供應(yīng)商,都會采購FPGA進行流片前的硬件預(yù)研工作。

FPGA的另一重身份,被業(yè)內(nèi)戲稱為“像膠水一樣的功能”——把不同類型處理器更好地連接在一起,從而幫助整個處理器系統(tǒng)更好地發(fā)揮作用。

加速推理是其一。

“AI技術(shù)很大一部分應(yīng)用是在推理側(cè)。FPGA通過其硬件靈活性、低延遲、低功耗,以及能夠與CPU等一同運行混合計算等優(yōu)勢,為 AI 推理提供了有效加速。而且,在諸如運行神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的矩陣運算等并行性密集型任務(wù)或應(yīng)用場景中,使用FPGA能夠顯著提高 AI 推理的性能和效率。”某FPGA業(yè)內(nèi)人士在接受《中國電子報》記者采訪時這樣說道。

提高通用處理器計算能力是其二。

FPGA通過其靈活的硬件加速能力、可配置的豐富接口如PCIe Gen5和CXL,及可與處理器協(xié)同工作等特性,為處理器提供了強大的支持,使其更好地滿足日益復(fù)雜的AI計算需求。如,F(xiàn)PGA可以與通用處理器協(xié)同工作,形成混合計算環(huán)境,即處理器和FPGA相互補充,共同應(yīng)對不同類型的計算任務(wù),提供更全面的計算性能。此外,業(yè)界還在通過開源軟件套件等,助力客戶靈活運行多種AI工作負載、降低總體擁有成本(TCO)的嘗試。

開發(fā)難度大

AI幾乎為各種類型的處理器帶來了難得的增長風(fēng)口。數(shù)據(jù)中心市場更是由于產(chǎn)品價值量大、利潤率高,獲得了相當(dāng)?shù)氖袌鲫P(guān)注。近兩年,頭部算力芯片企業(yè)如英偉達,入局芯片設(shè)計市場的云計算廠商如谷歌,如雨后春筍般出現(xiàn)的新興算力芯片設(shè)計企業(yè),都在頻頻更新自己的產(chǎn)品序列和技術(shù)參數(shù)。

相比之下,F(xiàn)PGA顯得不是那么活躍。

AMD當(dāng)前面向數(shù)據(jù)中心側(cè)的高端旗艦產(chǎn)品仍是2021年開始量產(chǎn)出貨的Versal產(chǎn)品組合,包括Versal AI Core、Versal Prime和Versal Premium三大產(chǎn)品系列。收購FPGA企業(yè)賽靈思后,AMD是全球最大的FPGA廠商。

Altera FPGA產(chǎn)品序列(圖源:英特爾官網(wǎng))

Altera當(dāng)前面向數(shù)據(jù)中心側(cè)的旗艦產(chǎn)品Agilex發(fā)布于2019年,基于英特爾10納米工藝設(shè)計。其間,產(chǎn)品序列逐漸擴充。其中,面向數(shù)據(jù)中心的Agilex 9、Agilex 7F系列和I系列旗艦已經(jīng)投入生產(chǎn)。

與兩家企業(yè)其他面向AI算力的產(chǎn)品相比,F(xiàn)PGA產(chǎn)品線的更新速度難以同日而語。

之所以出現(xiàn)這種狀況,“開發(fā)難度大”是記者了解到的一個非常重要的原因。

西南交通大學(xué)集成電路科學(xué)與工程學(xué)院副院長邸志雄在接受《中國電子報》記者采訪時表示,F(xiàn)PGA是一種以數(shù)字電路為主的集成芯片,所以開發(fā)門檻和部署難度相較于GPU等算力芯片更大。

市場研究機構(gòu)Gartner副總裁盛陵海在接受記者采訪時表示,相較于FPGA,NPU等ASIC不需要滿足通用性的要求,只要滿足單一功能要求就可以了,因此設(shè)計起來更為簡單。

“這也就是近兩年NPU廠商如雨后春筍般出現(xiàn),但能做高端FPGA的廠商至今只有兩家的原因之一。”盛陵海補充道。

面臨算力芯片市場擠占

更新迅速的算力芯片的盈利能力也比FPGA更強。英偉達等公司推出的計算卡集成度高、規(guī)模大、采用的工藝節(jié)點也更新很快,從而能夠承接增長迅速的算力需求。相比之下,F(xiàn)PGA的工藝節(jié)點更新和性能提升速度便難以企及,從而難以突破原有的“舒適圈”。

半導(dǎo)體業(yè)內(nèi)資深人士李國強在接受采訪時表示,F(xiàn)PGA在驗證AI芯片結(jié)構(gòu)的合理性方面,的確有其自身價值,但在承接AI高算力需求時,與AI芯片相比,性能差別很大。

AMD在擁有全球最大FPGA業(yè)務(wù)的同時,也是全球第二大數(shù)據(jù)中心側(cè)CPU和GPU的供應(yīng)商。從2024年第二季度財報來看,其數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)營收(含GPU和CPU)為28億美元,嵌入式業(yè)務(wù)(含F(xiàn)PGA)營收為8.61億美元。不難看出,二者并不在一個數(shù)量級。加之,AMD嵌入式業(yè)務(wù)中,面向邊、端側(cè)的業(yè)務(wù)還有相當(dāng)比重,則面向數(shù)據(jù)中心的FPGA業(yè)務(wù)占比就更低。這恐怕也是AMD在產(chǎn)品投入和宣傳力度上,對數(shù)據(jù)中心側(cè)CPU、GPU與FPGA差別巨大的原因。一如今年6月,AMD 董事會主席兼首席執(zhí)行官蘇姿豐在 COMPUTEX2024上發(fā)表的長達一個多小時的演講中,面向數(shù)據(jù)中心的嵌入式業(yè)務(wù)幾乎未提。

蘇姿豐在COMPUTEX 2024上的演講,對嵌入式業(yè)務(wù)的介紹著重邊端側(cè)
不僅如此,F(xiàn)PGA原本在數(shù)據(jù)中心發(fā)揮的作用,還面臨著被新型算力芯片替代的風(fēng)險。

李國強表示,新發(fā)布的AI芯片由于規(guī)模大,逐漸集成了許多原本其他芯片擁有的功能,這樣一來,原本用以輔助處理器提高計算效率、補足計算和系統(tǒng)功能的FPGA的部分功能被替換掉?!熬拖袷謾C芯片一樣,隨著主芯片的功能集成度越來越高,外圍其他芯片的市場價值便被擠占了?!彼f。

但不論在數(shù)據(jù)中心中的應(yīng)用規(guī)模是否有所縮減,F(xiàn)PGA作為芯片驗證功能的市場需求持續(xù)存在。這是一個其他產(chǎn)品類型無法替代的市場空間。雖然規(guī)模不大,但是穩(wěn)定增長,只是增速不如算力芯片等顯著而已。這也就是FPGA芯片供應(yīng)商,即便營收有大幅變化,但利潤率基本保持穩(wěn)定的原因。

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