流言解读:Intel收购Altera,意在FPGA服务器?

发表于 讨论求助 2023-05-10 14:56:27

  近日,据《华尔街日报》网络版报道,英特尔正在洽购芯片制造商Altera Corp,这笔交易有望成为英特尔迄今为止最大一笔收购。路透社称,这笔交易的规模很可能超过100亿美元。

  这单最大的交易是否真会发生,在过去是否有蜘丝马迹可寻?让我们将时针往回拨。

  去年六月份,英特尔宣布将业界领先的Xeon处理器和FPGA封装到一个单一结构中,其插槽和标准的Xeon E5处理器兼容。英特尔称FPGA将能为英特尔的客户提供一个更强大的算法执行能力和更高的性能。而业界有研究表明,基于FPGA的加速器将能带来10倍以上的性能提升,而英特尔则称其还能在此基础上带来更多两倍提升,其还在FPGA和处理器之间采用了超低延迟的接口。

  也就是说,英特尔通过采用FPGA能给基于服务器的应用带来20倍以上的速度加成!

  而到了去年9月份,Altera开始与百度公司在百度的深度学习应用中使用FPGA和卷积神经网络(CNN)建立合作关系。百度称FPGA的加速拥有巨大的应用潜力,将帮助FPGA深入到主流异构计算领域。利用Altera FPGA硬核IEEE 754浮点乘法器和加法器等可编程能力和特性,服务器和数据中心满足了搜索、大数据和深度学习等领域越来越复杂的需求。

  之前有人预见过这一天的到来吗?

  据估计,全球数据中心的电力消耗占到了全球总电力消耗的1%-10%,而且随着数据量的增长,电力消耗也在随之快速上升。现在,在降低能耗增长的同时还继续保证提供更快计算能力已经成为了一个巨大的经济和生态问题。今天的数据中心都建立在廉价的电力基础上,数据中心的大小和吞吐量受到了可输入电力和排热能力的限制。像微软、谷歌、Facebook和eBay这样严重依赖服务器的公司都有足够的动力为提高代码执行速度和降低电费而努力。

  

  微软某数据中心一角

  但是,与此同时,随着摩尔定律已经在约50年的长跑之后即将走向终结,我们的单核处理器的功率问题已经走到了极限,功耗的提高速度已经超过了性能提高的速度。然后我们有了双核、四核甚至八核乃至更多核心的芯片。最后,为了弥补底层半导体工艺的持续改进的缺乏,我们正在寻找其它方法。如果只是等待更好的半导体材料来解决数据中心的困扰并不是一个可行的选择。

  FPGA为何能够在功耗更低的情况下为计算能力带来大幅的提升呢?对于特定的算法,基于FPGA的硬件能够提供细分度很高的并行计算——延迟更低、吞吐量更高而且功耗更低。

  当然,每一个已然了解基于FPGA计算加速的人都知道,FPGA的推广面临的最大阻碍是编程模型。

  传统的冯·诺依曼处理器及其生态系统已经进化到非常容易实现编程的程度。只需要用C、C++等开发语言写几行代码,再用个编译器编译一下,你就能让你的电脑开始计算。

  但是在FPGA上,要让其执行你的高级代码则是一个需要面临的挑战,尽管这个挑战也给我们很多人带来了利润丰厚的收入:为了解决这一问题,我们很多时候可以通过将复杂的算法转化为高度定制化的硬件结构来实现,然后我们通过硬件描述语言来描述这个结构,然后进行模拟、综合,然后将结果和预期进行结合……然后你就有几百个恼人的时序问题需要处理。在获得电子工程的学位过程中,要实现使用FPGA结构来加速一个单一高性能的算法的目标,至少需要一定量的经验和好几个月的空闲时间,而一旦你的目标是编写用于云或者数据中心的复杂算法应用,你可能就没有其它时间和精力去学习其它方面的专业知识了。

  这种编程上的困难自然没能逃过FPGA设计者们的眼睛。他们已经努力了好多年,目的就是为了能够简化FPGA编程的过程。现今,这一方向上的三个主要方法是:基于模型的设计、高层次的综合和如OpenCL这样的并行编程语言。这些方法是针对不同类型的问题和具有不同技能的程序员而设计的,但它们都还没有达到能有效利用FPGA协同处理能力的通用程序应用要求。

  那么,如果英特尔收购Altera,又会怎样呢?

  就在前两天,据国外媒体报道,英特尔正在与芯片制造商Altera进行收购洽谈,预计交易规模会达到100亿美元。这一传闻引起了广泛关注,但涉及此事的双方目前都还没有就这一收购洽谈的传闻做出任何评论。

  

  英特尔无疑是现在地球上半导体工艺最先进的公司,这些最先进工艺为计算机和服务器处理器的计算做出了巨大的贡献。但近段时间以来,个人计算机市场却开始逐步衰退,而在移动计算领域,英特尔又还未能取得值得注意的市场份额,因为这一市场已经被低功耗的ARM架构处理器所占据。剩下还在增长中的市场就只剩下服务器市场了,而多亏了云计算和新兴的物联网的崛起,服务器市场的增速只能有增无减。

  然而,正如我们上面提到的,功耗是全球数据中心扩张的主要限制因素,而ARM也正试图凭借其低功耗的处理器架构挤进服务器市场。这给英特尔在这一市场的支配性地位带来了挑战。所以面对PC市场的收缩和近在咫尺的数据中心市场争夺战,英特尔必须有所行动。

  英特尔需要的是一个能够改变服务器功耗效率的解决之法,而这个答案也许就存在于FPGA之中。

  

  当然,英特尔也可以制作自己的FPGA或设计FPGA架构——采用相同的封装集成或者采用与其处理器相同的管芯——但这并不能真正解决问题。FPGA技术成功的关键是工具而非架构。就算英特尔现在开始让公司集中力量开发下一代FPGA工具,其得到的结果也难以和技术积累丰富的Altera和Xilinx抗衡。强大的FPGA工具需要经过成千上万的用户的各种类型设计的对各个工具流程的检验,这不是靠精心的工程设计就能完成的工作,毕竟这是一个基于经验的演变型工具。

  此外,Altera和Xilinx所拥有的东西也都还没有能顺畅编译基于服务器的高性能算法的能力,其在得到混合处理器/FPGA异构计算服务器的有效执行形式上还存在困难。他们目前拥有的只是一些勉强可行的解决方案的基本架构。当然,英特尔也可以和Altera或者Xilinx进行合作,并且还要寄希望于这些公司能够对服务器领域给予足够的重视;但是利润驱动的市场环境总是会干扰FPGA公司的注意力,要试图让其关键注意力保持在服务器市场上无异于痴人说梦。

  事实上英特尔在试图建立合作方面早就有过自己的努力。几年前,英特尔就推出了E6x5C器件系列,该系列在同一个封装结构中集成了一个Atom处理器和一个Altera Arria FPGA,两者通过PCIe进行连接。

  也就是说,英特尔已经在Xeon和Atom上都实现了与FPGA的集成,而且延迟非常低,并且在超低延迟的同时还能实现25 Gbps的通信速度。据微软的一份文章称,这种用于处理器、FPGA与内存之间交换共享数据的架构是FPGA架构的异构计算平台的最重要的特性。

  英特尔同时还在实验和了解FPGA的其它方面的问题。其也和小型的FPGA供应商(Achronix 和Tabula)进行了合作,为这些公司加工22纳米三栅极(FinFET)器件,而同时英特尔也在Altera 的Stratix 10 FPGA的制造上与Altera建立了伙伴关系,而这将基于英特尔最新的14纳米制程。因为FPGA架构和半导体工艺在共同进化,所以这是一个十分关键的任务。你总不会想用最先进的半导体工艺来生产老旧的FPGA架构吧,那根本就无法工作;反过来你也不能随便为某个架构采用某种工艺就能取得成功。事实上,两者之间一定要达到共有的平衡。

  另外值得注意的是英特尔并非第一家计划量产带FPGA的异构处理器的公司。Xilinx已经凭借其Zynq系列在这一市场奋战了好几年了,这一系列采用的带有Xilinx FPGA架构的ARM处理器。尽管Zynq并不是一款数据中心级别的处理器,事实上差距还非常大,但Xilinx凭借其在Zynq上获得经验和工具积累将能让其在未来的低功耗服务器市场争夺中占据一席之地。

  如果英特尔真的成功收购了Altera,那么将会给这一市场带来巨大的影响,因为英特尔凭借其在服务器领域的既有优势和Altera 的FPGA方面的技术积累,其可能会动摇全球数据中心市场冯·诺依曼处理器计算架构的主导地位;而这一天可能会随着全球计算市场的暴涨而很快到来。

  当然,英特尔最终也可能会通过建立合作关系来达到这一点,但英特尔必须要保证其合作伙伴能在这方面下足功夫,集中精力解决工具流的问题。而伴随ARM架构的崛起,这可能并不如想象的那么容易。

  所以不管英特尔最终和Altera是否会成为一家人,服务器的低功耗趋势是在所难免的,而FPGA必将在这一过程中发挥举足轻重的作用。


发表
26906人 签到看排名