Agilex是Agile(敏捷)和Flexible(靈活)兩個(gè)詞語(yǔ)的結(jié)合體，也是現(xiàn)代FPGA技術(shù)最為核心的兩大要點(diǎn)。而上文所提及的“相關(guān)技術(shù)資源”，基本上等同于英特爾在2018年底“架構(gòu)日”上所提出的制程和封裝、架構(gòu)、內(nèi)存和存儲(chǔ)、互連、安全、軟件這“六大技術(shù)支柱”。這意味著，AgilexFPGA通過(guò)異構(gòu)架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)不同制程工藝、不同邏輯單元之間的集成，在靈活性和定制化方面實(shí)現(xiàn)了突破。

2021年1月，隨著AgilexFPGA的大規(guī)模量產(chǎn)出貨，更多技術(shù)細(xì)節(jié)得以公布。

　　賦能數(shù)據(jù)中心

為了讓客戶擁有更多更靈活的選擇，AgilexFPGA包含F(xiàn)、I、M三個(gè)系列，在配置和性能依次提升。具體來(lái)說(shuō)，F(xiàn)系列適用于數(shù)據(jù)中心、網(wǎng)絡(luò)和邊緣的各種應(yīng)用;I系列適用于需要大量接口帶寬和高性能的應(yīng)用;M系列提供面向英特爾至強(qiáng)處理器的一致性連接、HBM集成、增強(qiáng)型DDR5控制器和英特爾傲騰DC持久內(nèi)存支持，針對(duì)需要大量?jī)?nèi)存和高帶寬的數(shù)據(jù)密集型應(yīng)用進(jìn)行了優(yōu)化。

英特爾數(shù)據(jù)平臺(tái)事業(yè)部副總裁兼可編程解決方案事業(yè)部(PSG)產(chǎn)品營(yíng)銷總經(jīng)理DeepaliTrehan對(duì)《電子工程專輯》表示，英特爾此前對(duì)Agilex性能的預(yù)期，是在最大時(shí)鐘速率(Fmax)上比上一代14nmStratix10提高40%，但最新的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)顯示是高出了45%的性能。

她也將AgilexFPGA與賽靈思7nmVersal進(jìn)行了對(duì)比。英特爾方面提供的數(shù)據(jù)顯示，AgilexFPGA比Versal的邏輯結(jié)構(gòu)性能功耗比高約2倍，而在算力方面，AgilexFPGA相比賽靈思Versal有超過(guò)50%的視頻IP性能提升，具體體現(xiàn)在以下5方面：

●Warp圖像轉(zhuǎn)換器快32%;

●OSVP1X可擴(kuò)展視頻處理器快48%;

●OSVP8X可擴(kuò)展視頻處理器快33%;

●MPVDMA多端口視頻直接內(nèi)存訪問(wèn)快71%;

●Combiner視頻流合并快73%。

在談及與Stratix系列的定位差異時(shí)，DeepaliTrehan指出，Stratix10屬于高性能FPGA，非常適合業(yè)內(nèi)大多數(shù)高端FPGA應(yīng)用;AgilexF/I/M系列FPGA進(jìn)一步提升了行業(yè)標(biāo)桿，提供業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的性能和能效，以及其它領(lǐng)先的特性，比如116Gbps收發(fā)器、率先支持專注于AI的DSP模式(例如BFLOAT16和半精度浮點(diǎn))、以及第一個(gè)面向傲騰持久內(nèi)存的硬接口，因而在以數(shù)據(jù)為中心的世界中非常適合最大、計(jì)算最密集的FPGA應(yīng)用。

“5G、數(shù)據(jù)中心和邊緣三大領(lǐng)域?qū)⒗^續(xù)是重點(diǎn)創(chuàng)新領(lǐng)域。值得注意的是，這三大領(lǐng)域的需求多種多樣而且不斷變化。因此，相關(guān)解決方案提供商面臨的挑戰(zhàn)是繼續(xù)在核心領(lǐng)域取得進(jìn)步，例如提高數(shù)據(jù)傳輸和處理的性能，同時(shí)還要滿足每個(gè)具體領(lǐng)域的獨(dú)特需求。”她說(shuō)。

例如在5G領(lǐng)域，基礎(chǔ)設(shè)施的某些環(huán)節(jié)需要超高能效，而無(wú)線應(yīng)用中常見的信號(hào)處理功能需要高性能;在云和企業(yè)領(lǐng)域，不斷變化的基礎(chǔ)設(shè)施和應(yīng)用加速中有相當(dāng)多的工作負(fù)載需要高性能和高能效;在邊緣，需要更高的計(jì)算力來(lái)滿足對(duì)更高的交互、更多富媒體內(nèi)容和更低的時(shí)延的需求，同時(shí)仍需滿足嚴(yán)苛的功耗、散熱和空間限制要求。

因此，要想成功，解決方案提供商必須通過(guò)得到良好支持的開發(fā)流程快速地把處理、內(nèi)存、數(shù)字信號(hào)處理、專門接口和FPGA靈活性整合到高度集成化的組件中，滿足目標(biāo)市場(chǎng)的確切需求。

眾多“黑科技”加持

但坦率的說(shuō)，如果僅憑異構(gòu)架構(gòu)這一點(diǎn)，AgilexFPGA其實(shí)是無(wú)法實(shí)現(xiàn)上述性能指標(biāo)的，那么，AgilexFPGA中還隱藏著哪些不為人知的“黑科技”呢?

10納米工藝和高級(jí)3D封裝

Agilex器件核心的FPGA邏輯結(jié)構(gòu)芯片采用了英特爾10納米SuperFin芯片制程技術(shù)構(gòu)建，這也是目前世界上最先進(jìn)的FinFET制程技術(shù)之一。同時(shí)，Agilex還融合了英特爾專有嵌入式多芯片互連橋接(EMIB)集成的3D異構(gòu)系統(tǒng)級(jí)封裝(SiP)技術(shù)，它提供了一種高性能、低成本的方法，有助于將Chiplets和FPGA邏輯結(jié)構(gòu)芯片集成至相同的封裝中。

第二代英特爾HyperFlex架構(gòu)和Chiplets架構(gòu)

AgilexFPGA的邏輯結(jié)構(gòu)芯片采用了第二代英特爾HyperFlex架構(gòu)，除了與第一代架構(gòu)一樣，在整個(gè)核心結(jié)構(gòu)中都使用額外的寄存器Hyper-Registers外，二代架構(gòu)還提升了整體結(jié)構(gòu)性能，同時(shí)最大限度地降低了功耗，其中最顯著的一項(xiàng)改進(jìn)是在超級(jí)寄存器中添加了高速旁路。

而Chiplets是一種物理IP模塊，可通過(guò)封裝級(jí)集成方法和標(biāo)準(zhǔn)化接口集成其他Chiplets。借助Chiplets這種混合搭配模式，收發(fā)器數(shù)量不再受通道數(shù)量的限制。設(shè)計(jì)人員要想增加或減少收發(fā)器通道數(shù)量，只需添加所需的收發(fā)器Chiplets即可，無(wú)需重新布局芯片以集成不同數(shù)量的通道。僅此一項(xiàng)，英特爾就將單個(gè)收發(fā)器通道的速度從58Gbps提升到了代表著全行業(yè)最佳收發(fā)速率的116Gbps。

“如果需要，我們現(xiàn)在的測(cè)試芯片還可以達(dá)到每秒224Gbps。”DeepaliTrehan說(shuō)。

F、I和M系列采用了不同的chiplet組合，以實(shí)現(xiàn)差異化。例如，I系列包括一個(gè)特別的chiplet，它支持F系列中沒(méi)有的CXL接口。此外，M系列包括一個(gè)增強(qiáng)的核心結(jié)構(gòu)chiplet，讓接口支持DDR5和英特爾傲騰持久內(nèi)存。可以看到，基于chiplet的開發(fā)策略在為F、I和M系列實(shí)現(xiàn)差異化特性功能方面發(fā)揮了巨大作用。

高性能處理器接口

在數(shù)據(jù)中心里作為CPU的硬件加速器，用來(lái)加速深度學(xué)習(xí)的模型訓(xùn)練、金融計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)功能卸載等各類應(yīng)用，是當(dāng)前FPGA的一個(gè)主要應(yīng)用場(chǎng)景。但該領(lǐng)域亟待解決的核心問(wèn)題之一，就是緩存一致性。換句話說(shuō)，就是必須要明確CPU與硬件加速器之間的內(nèi)存互聯(lián)協(xié)議。

2019年3月，英特爾宣布聯(lián)合微軟、阿里、思科、戴爾EMC、Facebook、谷歌、惠普企業(yè)HPE和華為等公司，共同推出一個(gè)全新的互聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)，取名為ComputeExpressLink(CXL)，應(yīng)用目標(biāo)鎖定互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心、通信基礎(chǔ)設(shè)施、云計(jì)算與云服務(wù)等領(lǐng)域，而這也正是FPGA大顯身手的重要平臺(tái)。

為了確保高性能在線處理和處理器負(fù)載加速，英特爾AgilexFPGA支持最新一代高性能處理器接口，包括PCIeGen5和CXL，并將成為首款采用Xeon可擴(kuò)展處理器的一致的高速緩存和內(nèi)存互聯(lián)結(jié)構(gòu)的FPGA。

先進(jìn)的內(nèi)存層級(jí)結(jié)構(gòu)

AgilexFPGA支持各個(gè)層級(jí)的內(nèi)存資源，包括通過(guò)專用接口提供的嵌入式內(nèi)存資源、封裝內(nèi)內(nèi)存和片外內(nèi)存。該層級(jí)結(jié)構(gòu)的第一層是嵌入式片上內(nèi)存，包括MLAB、塊RAM和eSRAM，每種內(nèi)存均可提供不同的容量，以滿足不同的處理需求。此外，英特爾在設(shè)計(jì)中還使用SIP技術(shù)將高帶寬內(nèi)存(HBM)直接集成至AgilexFPGA器件中，有助于縮減電路板尺寸和成本，簡(jiǎn)化與降低電源需求。

另一個(gè)值得關(guān)注的重點(diǎn)是Agilex平臺(tái)還集成了eASIC技術(shù)。這種集成eASIC芯片定制技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)從FPGA到結(jié)構(gòu)化ASIC的遷移。換句話說(shuō)，用戶可以利用eASIC自身具備的可復(fù)用IP的自定義邏輯連續(xù)體，在整個(gè)產(chǎn)品生命周期內(nèi)進(jìn)行靈活優(yōu)化，快速?gòu)腇PGA轉(zhuǎn)移到ASIC。

英特爾方面稱，作為唯一同時(shí)提供FPGA、結(jié)構(gòu)化ASIC(Easic)和ASIC的半導(dǎo)體公司，有各種使用模式能確定什么時(shí)候使用英特爾eASIC設(shè)備。第一個(gè)是降低FPGA的成本。在這個(gè)使用模式中，可用于現(xiàn)有FPGA或新設(shè)計(jì)(可能因?yàn)樯鲜袝r(shí)間或設(shè)計(jì)驗(yàn)證的原因而在FPGA內(nèi)開始);第二個(gè)使用模式是需要英特爾eASIC設(shè)備的低功耗和高性能優(yōu)勢(shì)。在這個(gè)使用模式中，功率、散熱管理或更高的性能成為關(guān)鍵指標(biāo)，而FPGA用于設(shè)計(jì)驗(yàn)證或原型制作，從而加快向eASIC遷移;最后一個(gè)使用模式是一起使用FPGA和eASIC設(shè)備，通過(guò)eASIC的好處而提供可編程優(yōu)勢(shì)?，F(xiàn)在，這是兩個(gè)單獨(dú)的設(shè)備，但英特爾的愿景是使用AIB將FPGA和eASIC模塊封裝到一起。

軟件

全新硬件架構(gòu)每一個(gè)數(shù)量級(jí)的性能提升，軟件能相應(yīng)帶來(lái)兩個(gè)數(shù)量級(jí)的性能提升。在新一代AgilexFPGA上，配套支持軟件QuartusPrime優(yōu)化了重定時(shí)感知綜合、布局布線以及全局重定時(shí)算法，從而在創(chuàng)新的邏輯結(jié)構(gòu)和增強(qiáng)的平面布局中獲取最大性能。此外，通過(guò)精細(xì)的寄存器重新定時(shí)和時(shí)鐘偏斜調(diào)度，實(shí)現(xiàn)并發(fā)的建立和保持時(shí)間優(yōu)化，QuartusPrime達(dá)到了簽核質(zhì)量(signoff-quality)的時(shí)序分析。

數(shù)據(jù)顯示，在QuartusPrime和超過(guò)135個(gè)DesignAssistant規(guī)則的雙重加持下，硬件開發(fā)者的編譯時(shí)間縮短了45%，內(nèi)存利用率也提高了15%，工作效率大幅提升。

同時(shí)，新一代的AgilexFPGA也被納入到oneAPI的架構(gòu)當(dāng)中。2020年，英特爾發(fā)布了英特爾oneAPIGold版工具包?；趏neAPI基礎(chǔ)工具包的英特爾FPGAAdd-on支持AgilexFPGA，讓用戶可以充分利用FPGA加上軟件的優(yōu)勢(shì)打造自己的解決方案。此外，多個(gè)合作伙伴已經(jīng)宣布今年晚些時(shí)候?qū)⑼瞥龌趏neAPI基礎(chǔ)工具包的英特爾FPGAAdd-on板卡。從英特爾可編程加速卡遷移到這些未來(lái)板卡的用戶，將能夠充分利用AgilexFPGA性能提升，而無(wú)需改變自己的軟件應(yīng)用。

結(jié)語(yǔ)：

我們現(xiàn)在正逐漸轉(zhuǎn)向以數(shù)據(jù)為中心的時(shí)代。伴隨著數(shù)據(jù)量的爆炸式增長(zhǎng)，數(shù)據(jù)類型也發(fā)生了革命性變化，人工智能、5G、自動(dòng)駕駛、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)等新興應(yīng)用帶來(lái)了更加多元化的計(jì)算需求。這意味著，在這個(gè)海量數(shù)據(jù)推動(dòng)計(jì)算架構(gòu)快速演進(jìn)并呈指數(shù)級(jí)擴(kuò)展的時(shí)代，沒(méi)有一種單一的技術(shù)可以全面滿足消費(fèi)者或企業(yè)客戶對(duì)未來(lái)的計(jì)算需求，不可能只通過(guò)直接的標(biāo)量架構(gòu)就能解決所有應(yīng)用，他們需要的是在多樣化的層級(jí)結(jié)構(gòu)中連接多樣化的架構(gòu)

“公司正在轉(zhuǎn)型以加速增長(zhǎng)，我們不僅要學(xué)會(huì)防御，還要在歷史上最大的市場(chǎng)機(jī)會(huì)面前擴(kuò)大市場(chǎng)份額。”DeepaliTrehan指出，英特爾將為從邊緣到云的工作負(fù)載提供廣泛的計(jì)算架構(gòu)，這是一個(gè)延續(xù)多年的旅程，包括CPU、GPU、加速器和FPGA在內(nèi)的XPU路線圖將使英特爾在云、人工智能、5G和智能自主邊緣等關(guān)鍵轉(zhuǎn)折性技術(shù)上擁有相當(dāng)?shù)母?jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

（免責(zé)聲明：本網(wǎng)站內(nèi)容主要來(lái)自原創(chuàng)、合作伙伴供稿和第三方自媒體作者投稿，凡在本網(wǎng)站出現(xiàn)的信息，均僅供參考。本網(wǎng)站將盡力確保所提供信息的準(zhǔn)確性及可靠性，但不保證有關(guān)資料的準(zhǔn)確性及可靠性，讀者在使用前請(qǐng)進(jìn)一步核實(shí)，并對(duì)任何自主決定的行為負(fù)責(zé)。本網(wǎng)站對(duì)有關(guān)資料所引致的錯(cuò)誤、不確或遺漏，概不負(fù)任何法律責(zé)任。
任何單位或個(gè)人認(rèn)為本網(wǎng)站中的網(wǎng)頁(yè)或鏈接內(nèi)容可能涉嫌侵犯其知識(shí)產(chǎn)權(quán)或存在不實(shí)內(nèi)容時(shí)，應(yīng)及時(shí)向本網(wǎng)站提出書面權(quán)利通知或不實(shí)情況說(shuō)明，并提供身份證明、權(quán)屬證明及詳細(xì)侵權(quán)或不實(shí)情況證明。本網(wǎng)站在收到上述法律文件后，將會(huì)依法盡快聯(lián)系相關(guān)文章源頭核實(shí)，溝通刪除相關(guān)內(nèi)容或斷開相關(guān)鏈接。 ）