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時(shí)間:2023.07.21

振華航空芯資訊:中端FPGA市場,英特爾帶來變數(shù)!

老齡化的中端FPGA市場吸引了新的參與者加入,但I(xiàn)ntel通過更新其產(chǎn)品系列使這一市場的前景變得復(fù)雜。Intel在新的Agilex 5系列中增加了許多型號(hào),范圍從剛剛超過50,000到650,000個(gè)邏輯單元(LCs);除了兩個(gè)型號(hào)以外,所有的型號(hào)都包括CPU子系統(tǒng)。


新系列為FPGA結(jié)構(gòu)互連增加了寄存器,升級(jí)了CPU子系統(tǒng),用人工智能的張量模塊補(bǔ)充了DSP,并更新了DRAM和I/O協(xié)議。新“Agilex”似乎正在取代舊的英特爾FPGA品牌。


MPR將中端定義為大約50,000-500,000個(gè)LC,考慮到LC因體系結(jié)構(gòu)而異的事實(shí)。人們通常對這一領(lǐng)域的不重視,而傾向于更高單價(jià)的數(shù)據(jù)中心市場,這促使萊迪思提高密度(見MPR 2023年2月,"萊迪思詳細(xì)介紹第一款A(yù)vant FPGA"),同時(shí)也為創(chuàng)業(yè)公司Rapid Silicon提供資金(見MPR 2023年2月,"FPGA創(chuàng)業(yè)公司Rapid Silicon進(jìn)入市場")。更新的Agilex 5型號(hào)超過了這些公司的少數(shù)型號(hào);中端市場現(xiàn)在已經(jīng)很擁擠。


Intel新的FPGA器件計(jì)劃于2024年量產(chǎn),有兩種類型:D系列,優(yōu)先考慮性能;E系列,注重功耗和容量。后者還有有兩個(gè)子集:“A”組的型號(hào)有更高的時(shí)鐘和接口速度,而“B”組的型號(hào)則放松了性能要求,轉(zhuǎn)而實(shí)現(xiàn)低功耗。

Agilex同時(shí)支持大CPU和小CPU

Agilex5系列有一個(gè)FPGA結(jié)構(gòu)、一個(gè)CPU子系統(tǒng)、DRAM控制器和許多I/O,其中一些I/O與FPGA互連結(jié)構(gòu)相關(guān),另一些與CPU子系統(tǒng)相關(guān),如圖1所示。CPU子系統(tǒng)包括兩顆Cortex-A76核心和兩顆Cortex-A55核心;前者有64KB的L1緩存和256KB的L2緩存,后者的緩存是這些大小的一半。所有四顆核心都共享一個(gè)2MB的L3高速緩存。


CPU子系統(tǒng)包括512KB的片上SRAM,供通用目的使用。它可以通過選定的DRAM控制器和一個(gè)NAND閃存接口訪問額外的外部代碼和數(shù)據(jù)。一個(gè)系統(tǒng)模塊(System Block)處理子系統(tǒng)管理、復(fù)位、時(shí)鐘和CPU子系統(tǒng)安全。專用的CPU子系統(tǒng)I/O包括帶有時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)(TSN)的2.5G以太網(wǎng)、USB3.1和On-The-Go模式USB2.0以及存儲(chǔ)-內(nèi)存端口。


在超寄存器中完成FPGA結(jié)構(gòu)沒有任何新的突破,因?yàn)锳gilex 5的一些功能之前已經(jīng)出現(xiàn)在其他系列中。如圖2所示,Intel體系結(jié)構(gòu)的一個(gè)較新的方面是在每個(gè)互連結(jié)構(gòu)交叉點(diǎn)和自適應(yīng)邏輯模塊(ALM)的輸入端撒上可旁路的寄存器(Intel公司稱之為“超寄存器hyper-registers”)。由于沒有實(shí)現(xiàn)任何邏輯,這些寄存器可用于重新計(jì)時(shí),而不需要為該額外的寄存器階段消耗ALM。


每Bank組的96個(gè)高速I/O有兩個(gè)DRAM控制器;每個(gè)控制器可以實(shí)現(xiàn)多達(dá)72位的端口。盡管CPU子系統(tǒng)缺乏自己的DRAM控制器,但它可以訪問與高速結(jié)構(gòu)I/O相關(guān)的控制器之一。


DSP塊在很大程度上遵循先前的Agilex功能(見MPR 2022年4月,"Agilex為存儲(chǔ)器撥號(hào)M"),但它們包括英特爾所謂的AI張量塊,這是繼承自Stratix 10 NX的能力(見MPR 2020年7月,"Stratix 10 NX增加AI塊")。該塊為INT8和INT4變量增加了一個(gè)乘法累加(MAC)電路陣列,通常用于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)推理。盡管在英特爾發(fā)布張量塊時(shí),AI模型缺乏FPGA工具的支持,但該公司已經(jīng)取得了進(jìn)展,將FPGA整合到其整個(gè)AI流程中。


適合所有賽季的SKU如表1所示,Agilex 5 D系列包括五個(gè)型號(hào)。其FPGA互連體系結(jié)構(gòu)與E系列不同,相對于邏輯單元LC增加了更多的塊狀SRAM。英特爾表示,與E系列相比,D系列更像是Agilex 7系列向中端產(chǎn)品的延伸。


所有D系列型號(hào)都有384個(gè)高速I/O(包括8個(gè)DRAM控制器),60個(gè)高壓(最高3.3V)I/O,192個(gè)LVDS對,28個(gè)MIPI D-PHY接口。所有型號(hào)都有一個(gè)CPU子系統(tǒng),A76的最大時(shí)鐘頻率為1.8GHz,A55為1.5GHz。


E系列有13個(gè)型號(hào),但它們被分成A和B組。如表2所示,A版強(qiáng)調(diào)性能,而B版則降低了速度(以及隨之而來的功率)。支持DRAM類型有DDR4、DDR5(僅A組)、LPDDR4和LPDDR5。


如表3所示,在其余的吞吐率規(guī)格中,只有人工智能的峰值性能因其與DSP塊的數(shù)量(以及隨之而來的張量處理)有關(guān)而按型號(hào)發(fā)生變化。各個(gè)型號(hào)之間的其余差異不是與一個(gè)給定的功能有多快有關(guān),而是與有多少資源實(shí)例可用有關(guān)。


小尺寸FPGA器件市場的擁擠多年來,F(xiàn)PGA中端市場一直被占據(jù),但都是Intel和AMD的舊設(shè)備。Lattice和Rapid Silicon的加入使參與者的數(shù)量從3個(gè)增加到5個(gè),還包括Efinix(見2021年6月MPR,"Efinix填補(bǔ)了16納米FPGA路線圖"),但每個(gè)公司提供的型號(hào)都很少。由于英特爾現(xiàn)在承諾的各種型號(hào)變體,這個(gè)空間甚至比圖3顯示的還要擁擠,因?yàn)镮ntle公司的舊產(chǎn)品仍然是可用。


每個(gè)供應(yīng)商最大家族成員的規(guī)模,基于最新的版本,從Rapid Silicon的250,000個(gè)LCs到Intel超過650,000個(gè)LCs不等。接近100萬LCs的型號(hào)是存在的,但它們不再是中端產(chǎn)品。


如表4所示,一些系列有固化的處理器;其CPU從Cortex-A53和Cortex-R5F到最新的Cortex-A76和Cortex-A55不等。Rapid Silicon的產(chǎn)品采用了SiFive A45和D45 CPU。Efinix一直計(jì)劃在其家族中不使用硬CPU,但現(xiàn)在已經(jīng)改變,在最大的型號(hào)中包括固化CPU。


Agilex 5系列與AMD Zynq系列齊頭并進(jìn)。它有比Zynq更強(qiáng)大的CPU,但數(shù)量更少。Zynq采用了四個(gè)時(shí)鐘頻率高達(dá)1.5GHz的Cortex-A53,此外還有一對實(shí)時(shí)Cortex-R5Fs。Mali GPU有助于人工智能和游戲;Agilex 5依靠其人工智能張量塊完成這一任務(wù),缺乏更普遍的GPU能力。


盡管Zynq CPU的數(shù)量更多,然而,單個(gè)A76比四個(gè)A53的吞吐率更大;A53達(dá)到了9.2 Dmips/MHz。R5F又增加了額外3.4 Dmips/MHz,總計(jì)12.5Dmips/MHz,仍然落后于Agilex 5的27.4 Dmips/MHz的總量。


Zynq包括更多的塊RAM(52Mb對38Mb)和DSP模塊(2,928對846),盡管這種比較忽略了DSP塊的差異和英特爾的AI張量塊。Zynq還實(shí)現(xiàn)了更高的千兆位收發(fā)器速度,有16個(gè)32.75Gbps端口(而Agilex 5為24個(gè)28 Gbps),此外還有32個(gè)16.2Gbps端口,與Agilex 5的672Gbps聚合帶寬相比,Zynq的速度剛剛超過1,000Gbps。


回到游戲中,十年來,英特爾和AMD(或Altera和Xilinx)一直在最大的FPGA上單打獨(dú)斗,最近則忽略了中端產(chǎn)品。因此,兩個(gè)新的競爭者介入了:Lattice長期以來是一個(gè)可編程器件供應(yīng)商,但專注于低端產(chǎn)品,以及初創(chuàng)公司Rapid Silicon。這兩家公司,以及另一個(gè)小型競爭對手Efinix,可能仍然會(huì)找到吸引力,但Agilex 5的推出給了客戶一個(gè)不換的理由。


Agilex 5使英特爾的中端結(jié)構(gòu)架構(gòu)、CPU、DSP和支持的協(xié)議在新的硅工藝中得到了更新--MPR預(yù)計(jì)其客戶會(huì)歡迎這一點(diǎn)。Intel公司還在整合其FPGA品牌。Cyclone、Stratix和Arria等名稱將讓位于Agilex,而這些Agilex部件將按照英特爾Core處理器的模式獲得系列編號(hào)。盡管這在頂層清理了品牌,但由于看似單一的Agilex 5系列實(shí)際上是兩個(gè)子系列,其中一個(gè)又有兩個(gè)子系列,這使情況變得復(fù)雜。在這方面,這個(gè)家族似乎是打包在一起的。


現(xiàn)在,英特爾已經(jīng)更新了它的中端產(chǎn)品,該類別中最古老的家族是AMD的產(chǎn)品,它可以追溯到兩年前。英特爾的競爭對手已經(jīng)暗示,AMD計(jì)劃繼續(xù)投資于從賽靈思收購而獲得的技術(shù);MPR期望看到它的中端產(chǎn)品也有更新。如果發(fā)生這種情況,MPR預(yù)計(jì)不會(huì)出現(xiàn)客戶聯(lián)盟的全面轉(zhuǎn)移,因?yàn)楦鼡Q供應(yīng)商會(huì)帶來摩擦,因?yàn)樾枰獙W(xué)習(xí)新的體系結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)工具。


就目前而言,英特爾已經(jīng)打消了客戶的顧慮,并通過這一聲明阻止現(xiàn)有客戶向新廠商的轉(zhuǎn)變。它是僅有的兩家有資源推出這么多不同型號(hào)的FPGA供應(yīng)商之一。通過這樣做,Intel發(fā)出了一個(gè)信息,即它仍然在關(guān)注整個(gè)FPGA市場。


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