作为全球云计算领域的顶级峰会之一，2017 杭州云栖大会自然吸引了众多的行业参与者。这其中，除了拥有主场地位的阿里巴巴及其下属诸公司，最具存在感的当属英特尔。作为本次大会唯一的战略合作伙伴，英特尔以“以云端创新应对复杂需求”为口号，在多场论坛中充分介绍了自家在人工智能、云计算、大数据等核心领域的诸多技术优势。
其中，FPGA 技术作为英特尔反复强调的重点，成功地引起了雷锋网(公众号：雷锋网)的注意。
进军云端创新，FPGA是英特尔的新武器
FPGA（Field Programmable Gate Array，现场可编程门阵列）从一个专门领域的技术名词回归到主流技术发展的视野，其实是近两年的事情；尤其是随着整个行业对相关数据处理速度的要求大幅度提升，FPGA 的重要性被整个行业重新认识。
在涉足 FPGA 之前，英特尔在数据处理上其实一直有着自己的优势，它的英特尔®至强™处理器系列一直被众多云服务提供商，以及拥有私有云或自有IT基础设施的用户所认可和采用。然而随着数据的爆发式增长，形形色色的数据中心必须要承载复杂计算，处理更大的数据集，如进行大数据分析、机器学习等挑战性工作。这时候，数据中心如果还仅配备通用处理器，将难以兼顾多样化且日趋复杂的数据处理需求了。
这时候，英特尔就把目光转向了 FPGA。
从名称来看，FPGA 的一大重要技术特征，就是能在使用过程中对芯片硬件结构进行重新编程，以便适应新的任务，这种灵活的、可定制的特性是现有的CPU 和 GPU 都无法具备的。采用 FPGA 技术，用户可以先将芯片进行编程，用于机器学习；再将芯片重新编程，以用于逻辑计算……同一块芯片可以实现不同的自定义功能；如此一来，就可以大大提升运行特定任务时的数据处理能力。
根据报道，瑞士苏黎世联邦理工学院（ETH Zurich）开展的一系列研究发现，基于FPGA的某些应用加速相比 CPU/GPU 实现方案，其在单位功耗上的性能（即能效）可提升 25 倍，而时延则缩短 50 到 75 倍。FPGA同时还能实现出色的 I/O 集成，比如说 PCIe、DDR4 SDRAM 接口、高速以太网等。此外，在单芯片上实现高能效的同时，英特尔还可以利用FPGA在板卡级别提供较低功耗的系统方案。
更重要的是，基于 FPGA 的加速器，可部署在几乎所有类型的服务器中。
于是在 2015 年 6 月，英特尔宣布以167 亿美元的价格收购全球第二大 FPGA 厂商 Altera，这是英特尔成立以来涉及金额最大的一笔收购。当时英特尔高层称这次收购让英特尔与 Altera 的产品在数据中心内能更好地满足客户的需求，即兼顾更高的性能和更低的功耗。比如说，Altera的FPGA产品可以与英特尔至强处理器形成高度定制化、整合型的产品。
英特尔让FPGA技术焕发新枝
英特尔完成对 Altera 的收购之后，后者就发展成了英特尔可编程解决方案事业部 (Programmable Solution Group)，专注于 5G 无线通讯、雷达和航天、网络、云计算、智慧城市和无人驾驶车辆等领域的 FPGA 业务；与此同时，英特尔也在积极地把处理器方面的先进技术和市场优势引入到Altera的产品中。
在 Altera 原有的高、中、低三条产品线布局的基础上，英特尔提出为不同客户需求提供不同类型的异构架构方案，包括分立的 CPU+FPGA、封装集成的 CPU+FPGA、以及将CPU和FPGA进行管芯集成的方案。
这些方案的异构优势明显，特别是通过集成，不但能够降低延时，提高性能和效能，更可以统一CPU和 FPGA 之间的工具流程，为不同的性能需求提供更广泛的体系结构支持。
收购 Altera 后不久，英特尔首次公开演示了基于英特尔14 纳米三栅极制程的 Stratix 10 FPGA 中集成的先进收发器技术，它可以支持1Gbps-56 Gbps 的数据速率；与前代产品相比，它在实现性能翻番的同时，还减少了 70% 的能耗。
该产品的一个亮点，是使用异构系统级封装（SiP）方法来集成收发器，收发器块和单片 FPGA 内核架构被英特尔的嵌入式多管芯互联桥接技术连接在一起，构成了SiP（System In the Package，封装内系统） FPGA。相对而言，这种FPGA的优势在于利用封装内部互联代替了片外通信，使通信带宽可以提升 10 倍，从而有效解决了传统 FPGA 的瓶颈。
英特尔目前已拥有 Stratix 10、Arria 10 、Cyclone 10、MAX 10等全系列 FPGA产品，并针对各种不同应用提供优化的成本、功耗和性能组合。
FPGA 助力云计算加速
除了发力FPGA技术本身，英特尔作为服务器芯片领域的领先厂商，一直都在推动FPGA 与 CPU 整合的同时，积极扩展其在云计算和数据中心领域的应用。
英特尔可编程解决方案事业部成立以来，已陆续推出多款可与英特尔处理器协作的FPGA芯片产品，包括上文提及的Arria 10，Stratix 10及Cyclone 10系列。其中Arria 10 FPGA已经全面量产，并逐步部署在英特尔众多合作伙伴的系统和解决方案中，为它们带来数据处理速度上的大幅提升。就在本月，英特尔又公布了基于Arria 10 FPGA的英特尔可编程加速卡产品，这必将引发FPGA加速业务的更快速增长。
在利用FPGA加速数据中心应用的实际效果上，我们可以看到一些非常显著的例子，比如说SWARM64 在使用英特尔的 FPGA 加速技术后，实时数据分析速度可提高 5 倍以上，传统数据仓储提高 2 倍以上，存储压缩提高 3 倍以上。
而在基因测序中，博德研究所利用英特尔FPGA 的高性能并行处理能力，可以将 Pair-HMM 算法能力提高 50 倍，总业务效率提高 1.2倍。此外，Attala System公司也利用英特尔FPGA技术，将存储系统数据访问迟延降低了57%-72%。
然而，很多用户可能会在看到FPGA带来的卓越能效的同时，质疑它是否易于使用。传统的FPGA开发确实需要开发者具备深层次的硬件知识，这曾使系统和软件开发者遇到过不少使用FPGA的困难。而英特尔已通过各种努力大大简化了开发流程，其中特别值得一提的，是推出了面向英特尔至强处理器和FPGA的加速堆栈，内含驱动程序、应用程序接口 (API) 和 FPGA 接口管理器。搭配加速库和开发工具，该加速堆栈可节省开发人员的时间，支持在多个英特尔 FPGA 平台中重复使用代码，并能在英特尔 FPGA 和英特尔至强处理器之间提供性能优化的连接。
为进一步简化 FPGA 在服务器中的使用，英特尔最新公布的、基于Arria 10 FPGA的英特尔可编程加速卡产品支持内嵌和旁路加速，具备 FPGA 加速的强大性能和多功能性，也具有最小尺寸外形、低功耗和被动式散热器，可更为方便地部署在各种服务器中。
在本次杭州云栖大会现场，英特尔就使用基于Arria 10 FPGA的英特尔可编程加速卡产品，进行了执行大量图像识别任务的演示。该任务在 CPU 单独承载的情况下，能达到100% 的 CPU 占有率，而在英特尔可编程加速卡的辅助下，CPU的占有率稳定在40%左右，耗电功率仅为 40 余瓦。
英特尔 FPGA 的未来：释放更多潜力
除了已经得到广泛应用的 Arria 10 FPGA 芯片及其相关的可编程加速卡，英特尔 FPGA 芯片的高端之作 Startix 10 可编程加速卡，也在本次杭州云栖大会上亮相。实际上，在此前举行的 2017 年高效能芯片大会上，微软已宣布选择英特尔 Stratix 10 FPGA ，作为其新的深度学习加速平台的关键硬件加速器。
用户和合作伙伴的认可，也在进一步激发英特尔在FPGA 领域的探索步伐。
在上月举办的“英特尔精尖制造日”上，英特尔就率先展示了采用自有 10 纳米（10nm）FinFET 制程技术制造的 FPGA 产品（代号为“Falcon Mesa”），它们未来将被用于满足数据中心、无线 5G、网络功能虚拟化（NFV）、汽车、工业和军事/航天应用的加速和计算需求。
Falcon Mesa FPGA 产品家族将支持 112Gbps 串行收发器链路，以及包括 PCI Express Gen4 x16 在内的最新外围设备互联技术，可面向下一代数据中心，提供高达每通道 16GT/s 的数据传输率。此外，它还将支持第二代嵌入式多管芯互联桥接技术（EMIB）封装技术、下一代高带宽内存（HBM）和第二代 HyperFlex 架构等多项尖端技术。
正如英特尔可编程解决方案事业部亚太区副总裁庄秉翰（Hans Chuang）在本次云栖大会上所言：在人工智能和大数据时代，数十亿设备正在时刻产生海量数据；而无论是在数据分析领域，还是在云计算领域，英特尔 FPGA都能扮演重要角色，帮助收集和分析这些海量数据，使服务提供商、数据中心、云计算和存储系统能够有效地管理这些数据，并使网络能够快速向用户提供、分享大量的数据和内容。
由此可以想见，在“数据将成为核心资源”的未来，海量数据将对数据中心、云计算、数据终端等诸多层面产生新的挑战和需求，但毋庸置疑的是，FPGA 的潜力越是在这种情形下，越能得到更为充分的释放。想来，英特尔的 FPGA 技术，也必将是随着数据洪流水涨船高、大有可为。
