FPGA+CPU将会是未来基于大数据的人工智能的主要架构

Cool！奥迪的量产车从硅谷到拉斯维加斯实现了近900公里环路的自动驾驶。这是前几天Altera在其深圳的FPGA SoC开发者大会（ASDF）宣布的，它采用该公司的SoC FPGA实现了各种传感器的数据融合（sensor Fusion），从而实现自动驾驶。

道的不少在做大脑芯片或者人工智能芯片的公司，都在采用FPGA+CPU的架构方式，再过几年，这些芯片植入各种消费电子中将会无处不在，FPGA会真正从小众市场走向大众市场，这样看来英特尔167亿美元的收购物有所值，更不用说将来在核心的云端大市场所拥有的绝对优势。

尽管英特尔收购Altera的案子还在等中国与韩国政府的批准（美国与欧洲都已通过），也许还需要再等1-3个月，但是FPGA+CPU这种异构架构正在遍地开花，特别是一些需要智能视觉分析、与云端大数据结合的智能终端中都在采用这种方式，FPGA+CPU将会是未来基于大数据的终端的主要架构，改变整个处理器产业格局。

在深圳ASDF大会上，众多客户展示了基于FPGASoC的最新应用，FPGA+CPU架构正在迅速被业界认可并采用。下面本刊记者为您带来一些精彩的案例，并且专访了Altera美国专家——嵌入式处理营销资深总监Chris Balough，他的犀利的观点：“未来用户不会关心SoC中采用了什么技术，而只是关注这个SoC的性能。就像现在大家不会再关注CPU中采用了什么内存技术一样，就说它是一个CPU。”也许，不用十年，FPGA这个独立的细分市场就会消失掉，Altera已被英特尔收购，而Xilinx等也会找到他们钟情的合作伙伴。






图：奥迪的量产车从硅谷到拉斯维加斯实现了近900公里环路的自动驾驶，采用了Altera的FPGA SoC

       在ASDF大会上，嵌入式处理营销资深总监ChrisBalough 展示了Altera未来的路线图：高端产品将采用英特尔10nm制程；中端采用英特尔14nm制程；而低端产品Cedar将会针对量大的消费电子市场，仍然采用TSMC的工艺制程。“Cedar产品继续采用TSMC制程，我们会保持与TSMC的长久关系。”他说道。如下图

图：Altera未来的高中低端路线图，已涉及到采用英特尔的10nm工艺。

       高端产品特征是单个Die中可以达到1000万个逻辑单元，这是基于英特尔的特殊工艺才能实现的，将来针对大数据云端的应用包括路由器等，具有超强的性能与低功耗特征。并且，Altera有信心可以实现大Die的高良率。

       大家最感兴趣的是将来针对大批量市场的中低端Cedar系列产品的细节，但是Chris Balough表示，现在还不能公布Cedar的细节，“但是我们有信心引领在消费电子的很多应用中，由ASSP转向FPGA SoC，我们将提供极具成本效益的解决方案，并且也在功耗上具有优势，让更多产品使用64位v8处理器的架构。”他说道。

   “ 未来用户不会关心SoC中采用了什么技术，而只是关注这个SoC的性能。就像现在大家不会再关注CPU中采用了什么内存技术一样，就说它是一个CPU。” 不过，未来那些大型的FPGA会继续存在。但是，所有这些包括超大逻辑单元FPGA与FPGA SOC，都会遵循统一的开发工具，它们会用一个统一的开发环境OPenCL，既可用于FPGA，也可用于ARM控制器。“现在OPenCL在大学本科课程中还没有推广，我相信未来会在大学生中流行。”Chris Balough预测道。

       大家对于未来ARM与英特尔的关系表示很担忧，未来Altera是否能继续支持ARM？他解释道，英特尔承诺花了巨额收购Altera之后，将会持续支持Altera的产品路线图，这其中包括对ARM内核的支持。虽然英特尔提示过要开发至强处理器+FPGA的芯片，还要开发相关的SoC单芯片。但是，Altera选择ARM是因为客户的选择。“我们在即将发布的Stratix 10上还会选择ARM Cortex A53的内核，这些都是因为客户的需求，Altera会推动64位v8架构的ARM内核+FPGA的采用。”他表示。

       随着苹果、三星、华为等顶级的OEM厂商自己设计手机芯片，通用ASSP产品的市场份额会减小，这也是之前TI的巨大成功的OMAP产品，瞬间就消失的原因。所以，随着半导体工艺的不断提升，芯片设计投入巨大，ASSP与ASIC需要巨大的出货量才能支持，而现在这样巨大出货量的市场越来越少。

      当然，我们看见除了手机以外的更多新兴的消费电子市场正在采纳FPGA SoC方案，比如目前火热的无人机，“中国一家著名的无人机公司正在采用我们的FPGA SoC方案替代ASSP方案。”ChrisBalough透露道。此外，包括前面提到的奥迪汽车的自动驾驶系统中也采用了FPGA SoC替代ASSP。“还有一些中国的客户，他们在用FPGA设计比特币挖掘机。”

      这次开发者大会邀请了400-500家合作伙伴参加，这也是Altera第一次着力打造FPGA SoC 生态链。

       SoC FPGA将会是对现有FPGA世界的一次颠覆，将会改变客户的决策，对于工程师也是一次大的挑战，我们会打造从硬件到软件的生态链，全力帮助客户迎接这个巨大变革时刻的来临。” 他最后说道。

采用FPGA的高速电动车马达

       在ASDF大会上，Altera展示了很多基于Cyclone V SoC的应用，这个能够多轴运动及精准定位的应用给观众留下深刻印象。


图：正在被很多电动汽车厂商采用的基于Cyclone V SoC的高速马达方案

       以上这个图是正在被很多电动汽车厂商准备采用的马达控制方案。为什么会采用Cyclone VSoC替代传统的MCU或者DSP呢？展台负责人解释：FPGA控制可以实现非常高的性能。比如说通常的DSP与MCU只能做到8K或者16K转速，FPGA可以做到200K-300K。这个正好满足了目前很多电动汽车的需求，原因有三个：一个是电动汽车中一些IGBT器件转向碳化硅，碳化硅对于速度的要求非常高，甚至会达到200K以上，cyclcone V SoC正好满足了这个需求；第二是由电动汽车由单轴转向多轴，并且需要多轴联动，所以传统的MCU与DSP已不能满足要求，需要FPGA来完成；此外，驱供一体的方案，也有这样的需求。最后，由于FPGA方案效率非常高，又满足了各国绿色能源的要求。

    “现在客户对于器件成本虽然还是敏感，但是随着品牌客户向中高端走，他们也要提供差异化的功能，FPGA解决方案迎合了他们的需求。” 他分析道。

FPGA SoC支持精准定位与多轴运动机械手




图：这个是基于cyclcone V SoC的工业机械手，支持多轴，可以十分精准地定位。

       这个是基于cyclcone VSoC的工业机械手，支持多轴，可以十分精准地定位。它支持工业以太网，用了一个中国跳棋来做Demo，演示了其精准的定位，特别是那个一个夹爪的设计很意思，既可以抓凹槽的部分，也可以抓取突出的部分，显示了它的十分精准的定位。此外，它的圆弧运动与加减速运动都十分精准。目前有些客户基于cyclcone VSoC的方案在开发机械手的产品。


精细颗粒异构计算用于手势控制



图：这个基于cyclcone V SoC的精细颗粒异构计算模型，将来可以用于3D鼠标、手势控制等多个场景。

        这个是基于cyclcone VSoC的精细颗粒异构计算DEMO——图形加速算法。SoC内有cyclcone 与ARM Cortex A9双核，通过FPGA+CPU可以实现任意的微调，Altera称之为精细颗粒异构计算，其中FPGA起到了显卡加速的作用：把CPU中原来要处理的函数放到FPGA中来跑，也就是把原来软件要做的事情，给FPGA来做，可以灵活地做微调，按照客户应用的需求调到功耗最低，速度最快。这样，客户可以自己做二次开发。这个DEMO的应用场景包括3D鼠标、手势控制等。它采用OpneCL工具，同时可以编译FPGA与CPU。