FPGA在大数据时代的机遇与挑战.doc

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1、FPGA在大数据时代的机遇与挑战　　8月8日，英特尔在美国总部召开了名为“以数据为中心(Data-Centric)”的创新峰会。在会上，以英特尔执行副总裁、数据中心集团总经理NavinShenoy为首的各产品线主要负责人介绍了英特尔在大数据时代的发展愿景和布局，对“以数据为中心的计算(Data-CentricComputing)”的潜在市场进行了分析，并且公布了若干英特尔相关软硬件产品的发展路线图。　　本次峰会披露了很多关于FPGA的重大动态，其中包括正式宣布了基于英特尔FPGA的智能网卡产品线，以及其第一款代号为“CascadeGlacier(冰川瀑布)”的量产版智能网卡。作

2、为这款产品的FPGA研发团队的主要成员之一，笔者从立项之初就参与了它的各项研发工作，并负责了多个软硬件模块和系统的设计与验证任务。因此对于这款产品的正式对外发布，我倍感欣喜，并希望通过本文进一步梳理和分析峰会的技术细节，以及从以下几个方面探讨FPGA在大数据时代的各种机遇和挑战：　　1.英特尔“泛数据中心”业务及其潜在市场　　2.基于FPGA的智能网卡产品线的正式发布　　3.英特尔人工智能计算加速器产品系列的相关布局　　4.FPGA开发的痛点与潜在方案英特尔“泛数据中心”业务　　近年来，英特尔一直积极的寻求业务转型，即从一家以个人计算机和CPU为主的企业，转向以数据为中心并围绕

3、其发展全栈式解决方案的公司。为了实现这一目标，这几年英特尔先后收购了FPGA大厂Altera(167.5亿美金)，自动驾驶大厂Mobileye(153亿美金)，人工智能芯片初创公司Nervana、机器视觉公司Movidus等众多公司扩展其产品线，并同时招揽了两位芯片设计大神JimKeller和RajaKoduri分别担任半导体工程总负责人和芯片总架构师，负责统领英特尔各类芯片(特别是高端数据中心芯片)的整体架构和路线图规划。另外，英特尔旗下的风投部门仅在2017年就投资了包括地平线在内的十余家AI初创企业，各领域总投资额超过五亿美元。　　推动这场变革的主要力量，就是目前方兴未艾

4、的大数据浪潮。目前，全世界现有的超过90%的数据都是在过去的两年内产生的。随着人工智能、自动驾驶、5G、云计算等各种技术的不断发展，各类数据将会基于源源不断的产生，预计到2025年时，数据总量将比现在增长10倍。由于上述技术的发展都基于对大数据的研究和分析，因此有人形象的将数据比作未来人工智能时代的石油。　　随着数据量的增长和技术的发展，对数据进行处理的能力也有了长足的进步。特别是随着摩尔定律的延续，从2012年至2017年，处理数据所需的计算和存储成本分别下降了56%和77%;同时，处理数据的性能相较2006年则提升了41倍，如图1所示。然而即便如此，现如今只有不到1%的数据

5、被有效的进行了处理、分析和利用。由此可见，如何高效的以数据为中心进行现有系统的优化设计、升级和创新，拥有着巨大的市场潜力和前景。　　　　图1：摩尔定律的延续带来的数据处理性能的增长　　在本次峰会上，英特尔对其2022年的大数据相关的潜在市场规模(TotalAddressableMarket–TAM)做了自己的预测，如下图所示：　　　　图2：2022年英特尔大数据相关的潜在市场规模　　英特尔的各类以数据为中心的业务部门主要包括四个子业务群：第一，传统的数据中心业务，包括Xeon处理器、网络、连接等;第二，非易失性存储业务;第三，物联网和自动驾驶业务，包括各类人工智能相关的业务部门

6、;第四，FPGA业务。我在本文中将将其统一称作“泛数据中心”集团。至2022年，泛数据中心集团的潜在市场规模将超过2000亿美元，并由此成为英特尔历史上最大的市场机遇。其中，各个子业务群的市场规模分别为，传统数据中心业务超过900亿美元、非易失性存储业务750亿美元，物联网和自动驾驶业务330亿美元，FPGA相关的业务也超过80亿美元。　　为此，英特尔提出了“全栈式”的数据中心系统解决方案路线图，并由此打造以数据为中心的基础架构，如下图所示。　　　　图3：英特尔全栈式数据中心解决方案　　可以看到，这个路线图主要由“三驾马车”进行驱动，分别是传输、存储和计算。值得注意的是，图中在

7、传输和计算的部分都明确标出了FPGA的存在。下文将进一步分析FPGA在这两个领域中所面临的主要机遇和挑战。使用FPGA智能网卡加速数据中心网络　　(1)数据中心网络市场高速增长　　在2022年，FPGA的数据中心相关业务的潜在市场规模将达到80亿美元，较现在增长将超过30亿美元。就英特尔FPGA业务部(原Altera)而言，其数据中心相关业务的年同比增长率在今年一季度达到了140%，与高端FPGA器件相关的增幅达50%，而整体业务也有超过两位数的增长，见下图所示。　　　　图4：英特尔可编程业