對話(huà)賽靈思：如何在后摩爾時(shí)代，做出最適合未來(lái)商用的高性能異構芯片？

最近，賽靈思發(fā)布了旗艦級產(chǎn)品——Versal Premium ACAP，7nm工藝、PCIe Gen5等超豪華配置令人目不暇接。不得不說(shuō)，一向低調的賽靈思也終于要“高調”起來(lái)。

賽靈思正式進(jìn)軍高端服務(wù)器芯片市場(chǎng)了。

一直以來(lái)，賽靈思都在努力基于FPGA去探索和打開(kāi)更多市場(chǎng)。四年前，當亞馬遜等頭部云服務(wù)廠(chǎng)商產(chǎn)品開(kāi)始出現賽靈思的模塊時(shí)，它在數據中心領(lǐng)域的能力嶄露頭角。后來(lái)不出兩年，賽靈思正式推出了新類(lèi)別平臺產(chǎn)品Versal ACAP，這項集成了多項技術(shù)能力的產(chǎn)品宣告其轉型的成功。

發(fā)展至今，從AI Core系列到Prime系列，這款代表賽靈思新身份的產(chǎn)品平臺已經(jīng)有了豐富的形態(tài)。然而似乎是要去挑戰技術(shù)的巔峰，2020年初始，賽靈思決定再下一城——推出高端ACAP平臺產(chǎn)品Versal Premium。

對賽靈思來(lái)說(shuō)，這款產(chǎn)品有著(zhù)里程碑式的意義，它開(kāi)啟了這家公司在高端服務(wù)器芯片領(lǐng)域的征程。如果說(shuō)此前是AI給賽靈思專(zhuān)用芯片市場(chǎng)帶來(lái)光亮，那么今年開(kāi)始的5G商用、云服務(wù)爆發(fā)式增長(cháng)，則是給了Versal Premium一個(gè)最好的舞臺。

集成異構多核，打造全球邏輯密度最高的7nm平臺

“這是一款瞄準未來(lái)幾年市場(chǎng)的產(chǎn)品，如果你想要搶先布局5G核心網(wǎng)及云端基礎設施，那么現在你就可以基于我們的產(chǎn)品著(zhù)手開(kāi)發(fā)了。”

談起這款Versal Premium的定位，在接受媒體采訪(fǎng)時(shí)，賽靈思高端ACAP與FPGA高級產(chǎn)品線(xiàn)經(jīng)理Mike Thompson甚至有些激動(dòng)。7nm工藝、異構引擎、片上存儲設計、PCIe Gen5、800G光接口……如此種種，看得見(jiàn)的配置與看不見(jiàn)的設計融合在一起，賽靈思團隊打造出了超出預估的帶寬性能和功耗表現。

圖 | 賽靈思高端ACAP與FPGA高級產(chǎn)品線(xiàn)經(jīng)理Mike Thompson

其實(shí)從這款產(chǎn)品選擇采用7nm工藝這件事來(lái)看，我們多少就能夠覺(jué)察出賽靈思對這款產(chǎn)品的用心和期許。

在會(huì )議開(kāi)始，賽靈思產(chǎn)品線(xiàn)營(yíng)銷(xiāo)與管理高級總監Sumit Shah這樣介紹它，“在原有的Versal Prime基礎上，我們給Versal Premium添加了很多獨特的功能，首先是有PCIe Gen5、DMA和CCIX，其中為了做PCIe界面，我們還加上了CXL的支持；其次，我們用了最先進(jìn)的112G PAM4收發(fā)器，另外在連接上還加入了600G Interlaken硬核作為以太網(wǎng)的即時(shí)連接；同時(shí)，在安全方面，我們加入了400G加密引擎?？梢哉f(shuō)我們實(shí)現了非常多的異構集成，自適應平臺上突破集成功耗優(yōu)化的網(wǎng)絡(luò )硬核，這就是Versal Premium。”

總體來(lái)看，Versal Premium帶寬能夠達到最新一代FPGA帶寬的3倍、計算速度的2倍和靈活應變的加速，以實(shí)現迅速、安全的網(wǎng)絡(luò )部署，使得工作負載與應用需求匹配。如Sumit所言，如今云計算廠(chǎng)商和網(wǎng)絡(luò )運營(yíng)商最為關(guān)心的性能可擴展、安全、高帶寬等需求，Versal Premium通通都能夠滿(mǎn)足。

圖 | 賽靈思產(chǎn)品線(xiàn)營(yíng)銷(xiāo)與管理高級總監Sumit Shah

打破行業(yè)技術(shù)瓶頸，帶來(lái)超強帶寬與處理能力

可以說(shuō)自2020年開(kāi)始，隨著(zhù)疫情期間線(xiàn)上會(huì )議、在線(xiàn)教育等需求的爆發(fā)，以及5G商用的落地，云計算市場(chǎng)一開(kāi)年就呈現出爆發(fā)式增長(cháng)態(tài)勢，云服務(wù)提供商對帶寬、性能、安全性等方面的要求也前所未有的強烈。這也是賽靈思選擇此刻推出Versal Premium的原因。

然而摩爾定律已經(jīng)失效，GPU數量與性能之間的邊際效應也越來(lái)越低，整個(gè)行業(yè)在高端芯片設計上都遇到了瓶頸，賽靈思還能夠做出怎樣的突破？

Mike表示，“對我們來(lái)說(shuō)，當下能夠做的就是專(zhuān)注于提升下一代產(chǎn)品的高帶寬和處理能力，盡可能滿(mǎn)足接下來(lái)市場(chǎng)可能會(huì )有的需求。”

于是在團隊的努力下，賽靈思做出了Versal Premium。這其中需要指出的是，在盡可能保持功耗的基礎上，Versal Premium在性能的優(yōu)越性上已然超越摩爾定律限制，它能確?？蛻?hù)以大帶寬進(jìn)行數據通信和處理。

如何做到這一點(diǎn)？

Mike舉例介紹，“首先，我們給它配備了最先進(jìn)的收發(fā)器，能夠實(shí)現9Tb/s可擴展、靈活應變的帶寬；另外在原有58Gb/s PAM4的基礎上，我們還在Premium里面配備了112Gb/s PAM4，這是面向未來(lái)800G網(wǎng)絡(luò )的；此外，它還有1.8Tb/s Interlaken連接，可以支持芯片間的互聯(lián)和通信。”

當然不僅僅如此，在架構設計上，賽靈思還采用了片上存儲設計，提供1G片上存儲器帶寬，這不僅是為了降低功耗，更重要的也是降低時(shí)延、確保最高效的存儲和計算。

除可擴展高性能之外，覺(jué)察到客戶(hù)對安全性的要求，賽靈思還利用AI加強了這款芯片平臺的安全性能。

“有一些很有意思的AI應用，比如網(wǎng)絡(luò )異常檢測，我們對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行訓練來(lái)識別正常的計算模式，一旦出現入侵或者是惡意軟件事件，它就能夠及時(shí)發(fā)現異常的流量；另外，我們采用了隨機森林算法，它可以進(jìn)行自動(dòng)檢測與性能瓶頸的糾正，還能自動(dòng)配置，最大限度確保正常運行。”

但這還不是最重要的。據了解，在安全應用方面，與英特爾CPU上常見(jiàn)的隨機森林算法相比，Versal Premium的算法性能比英特爾至強芯片要強65倍。

支持企業(yè)高效與自由地開(kāi)發(fā)

不難發(fā)現，集成了各項能力的Versal Premium幾乎配備了所有頂尖的器件、技術(shù)和工藝，但是在不影響性能表現的前提下，最終服務(wù)于客戶(hù)，賽靈思依然能夠提供十分自由的產(chǎn)品組合。

“我們提供非常廣泛的產(chǎn)品組合。邏輯單元上，從入門(mén)級的72萬(wàn)/140萬(wàn)到大型的740/730萬(wàn)邏輯單元；數字信號處理器上，從2K到14K；標量引擎上，Arm應用處理器或者實(shí)時(shí)處理器，以及全系列IP硬核等，客戶(hù)均可以自由選擇。”

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，利用該平臺，客戶(hù)可以根據自身需求，輕松選擇產(chǎn)品組合并在其上做開(kāi)發(fā)。而不僅僅是硬件組合，通過(guò)Versal Premium，軟件開(kāi)發(fā)者可以用C、C++和Python語(yǔ)言來(lái)開(kāi)發(fā)軟件，另外數據科學(xué)家和算法開(kāi)發(fā)人員也可以使用他們平時(shí)最熟悉的框架來(lái)進(jìn)行開(kāi)發(fā)。

“對客戶(hù)來(lái)說(shuō)，這一點(diǎn)很重要，因為軟硬件都是可以編程的，生產(chǎn)力能夠大大被提高。而且這個(gè)生產(chǎn)力不僅僅是對于工程師而言，它也能夠幫助企業(yè)更快地投產(chǎn)。”

Mike補充說(shuō)，“不僅如此，客戶(hù)還能夠根據不斷變化的標準，包括光纖以及人工智能和機器學(xué)習不斷得去優(yōu)化平臺。要知道Versal Premium不只是集成了硬件，還構建了一個(gè)非常豐富強大的軟件生態(tài)，我們十分歡迎軟件開(kāi)發(fā)師、數據科學(xué)家和算法開(kāi)發(fā)人員進(jìn)入到賽靈思的生態(tài)系統中。”

目前，為了更好的性能，賽靈思仍然在大力投入他們的Vivado工具。而借助Vivado以及Vitis平臺，硬件和軟件開(kāi)發(fā)者都可以開(kāi)啟在Versal Premium上的開(kāi)發(fā)之旅。

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