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Aug 14, 2023

Spekulationen über die zukünftige Entwicklung von FPGA

Für die Entwicklung der FPGA-Technologie ist die Übernahme von Xilinx und Altera durch AMD bzw. Intel offensichtlich ein wichtiger Wendepunkt in dieser Geschichte. Mit dem Wechsel des FPGA-Unternehmens

Für die Entwicklung der FPGA-Technologie ist die Übernahme von Xilinx und Altera durch AMD bzw. Intel offensichtlich ein wichtiger Wendepunkt in dieser Geschichte. Da sich das FPGA-Unternehmen von einem unabhängigen Unternehmen zu einer Unterabteilung des Chipriesen wandelt, wird sich auch seine Technologieentwicklungsstrategie stark ändern. Dieses Papier wird einen Ausblick auf die Entwicklung dieser Strategie geben.

Erstens wird FPGA durch die Integration mit Chipgiganten weiter in traditionelle Chips integriert, um seine programmierbaren Vorteile voll auszuschöpfen, neue Fähigkeiten traditioneller Chips zu ermöglichen und sogar neue Chipkategorien zu realisieren.

Neue Arten von FPGA-fähigen Chips

Ein Beispiel für eine solche neue Chipkategorie ist für Intel die IPU (Infrastructure Processing Unit). Mit der umfangreichen Nutzung des Rechenzentrums besteht auch für einige wichtige Aufgaben im Rechenzentrum, darunter Netzwerksteuerung, Speicherverwaltung und Netzwerksicherheit, ein zunehmender Bedarf an Verarbeitungskapazität. Während die großen Chiphersteller ihre eigenen Lösungen auf den Markt bringen, hat Intel auch IPU für diesen Markt eingeführt. Letzten Monat hat Intel gerade seine Roadmap für die Zukunft der IPU veröffentlicht, in der wir sehen, dass die IPU in der Zukunft bis 2026 zwei Versionen umfassen wird, eine ist eine Hochleistungsversion auf ASIC-Basis und die andere eine programmierbare Version auf Basis auf FPGA (einschließlich Oak Springs Canyon im Jahr 2022, Hot Springs Canyon im Jahr 2023/2024 und die in Planung befindliche Version im Jahr 2025/2026). Unter ihnen ist die auf der FPGA-Version basierende IPU tatsächlich eine Beschleunigungskarte, die einen Intel FPGA-Chip und eine Intel Xeon-CPU integriert. Es kann flexibel mit verschiedenen Netzwerk-, Speicher- und Sicherheitsprotokollen umgehen, um maximale Programmierbarkeit zu gewährleisten, ohne sich Gedanken über die Kompatibilität machen zu müssen.

Tatsächlich gab es in den letzten Jahren Startups, die sich mit ähnlichen Projekten für FPGA-Lösungen wie Rechenzentrumsspeicher und -netzwerke beschäftigten. Wir glauben jedoch, dass solche fpga+cpu-Lösungen mit der Aufnahme des Giganten Intel wirklich zu einer der Mainstream-Lösungen werden werden. Die Tatsache, dass die Start-up-Unternehmen an relevanten Projekten beteiligt sind und eine Finanzierung erhalten, zeigt, dass die technische Ausrichtung machbar ist und Intels Eintritt in diesen Markt ökologische Ressourcen mit sich gebracht hat, über die die Start-up-Unternehmen nicht verfügen. Wir glauben, dass FPGA und CPU in den nächsten Jahren enger integriert werden (z. B. Chiplet), um die flexible und programmierbare IPU wirklich in eine neue Chipkategorie zu verwandeln, die durch FPGA ermöglicht wird.

Zufälligerweise plant AMD auch aktiv die Integration des FPGA von Xilinx und der CPU von AMD – auf der Gewinnkonferenz von AMD im Mai kündigte CEO Lisa Su an, dass sie im Jahr 2023 eine CPU mit integrierter Xilinx-KI-Engine herausbringen werde, also eine CPU mit leistungsstarker KI-Rechenleistung . Bisher wurden KI-bezogene Berechnungen in GPUs oder anderer dedizierter Beschleunigungshardware durchgeführt. Die bisherigen Bemühungen von Intel, die auf der CPU laufende KI zu optimieren, wurden vom Markt nicht allgemein anerkannt, solange die Anzahl der CPU-Recheneinheiten begrenzt ist. Da es sich bei der gesamten KI-Aufgabe jedoch nicht nur um ein neuronales Netzwerk handelt, sondern auch andere Teile der Programmausführung auf der CPU laufen, wird die Gesamtleistung der Aufgabe verbessert, wenn CPU und KI-Beschleunigungseinheit eng gekoppelt werden können. Es wird geschätzt, dass dies auch die ursprüngliche Absicht von AMD war, eine CPU mit integrierter FPGA-KI-Engine vorzuschlagen, und dies ist auch ein Beispiel für eine neue Chipkategorie, die durch FPGA ermöglicht wird.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Giganten wie Intel und AMD mit der weiteren Popularisierung von Aufgaben wie Rechenzentren und künstlicher Intelligenz darüber nachdenken werden, wie sie die Flexibilität von FPGA voll ausnutzen können, um diese Märkte zu bedienen. In der aktuellen Situation ist es nicht die beste Lösung, FPGA-Produkte auf den Markt zu bringen, sondern durch die Integration von FPGA und anderen Chips neue Chipkategorien einzuführen, was in Zukunft eine wichtige Marktrichtung für FPGA sein wird. Als nächstes werden wir auch die meisten vorhersagen Der entscheidende Durchbruch von FPGA in der Zukunft aus technischer Sicht.

Stärkere Integration und Konnektivität

Da FPGA wie oben erwähnt eine Schlüsselrolle bei der Ermöglichung neuer Chipsysteme spielen muss, glauben wir, dass Integration und Verbindung zu einem wichtigen technischen Schlüsselpunkt geworden sind. Die Integration und Verbindung umfasst hier zwei Ebenen: Erstens glauben wir auf der FPGA-Ebene, dass der FPGA-Chip selbst immer mehr verwandte IPS integrieren wird, um den FPGA-Chip funktionaler und effizienter zu machen. Die andere Ebene ist die Integration von FPGA und anderen Chips in das System. Wir glauben, dass Chipet- und andere fortschrittliche Verpackungstechnologien sowie damit verbundene Verbindungstechnologien im Mittelpunkt stehen werden.

Erstens bietet FPGA auf FPGA-Chipebene Flexibilität, ist jedoch für allgemeine Module (z. B. Prozessoren) ineffizient. Daher wird die Integration von Hard-IP auf dem FPGA-Chip zur Erfüllung der Anforderungen an Effizienz und Flexibilität weiterhin die Mainstream-Idee sein, und die Zahl der integrierten IP wird in Zukunft immer größer. Auf demselben Chip wird FPGA als Kernmodul verwendet, und andere Hard-IP-Module (wie CPU, Ethernet, Videocodec und Speichersteuerung) werden gleichzeitig übertragen. NOC und andere On-Chip-Verbindungsschemata werden verwendet, um FPGA und andere IPS zu verbinden. AMD/xilinx ist ein Pionier auf diesem Gebiet. Aus dem umgekehrten Produktschaltplan ist ersichtlich, dass immer mehr Hard-IP auf dem Chip integriert wird und Intels FPGA diesbezüglich ein ähnliches Design haben wird. Durch die Integration dieser harten IPS kann FPGA mehr Funktionen bereitstellen. Für Xilinx ist die KI-bezogene DSP die wichtigste IP, und wir haben auch einige neue IP gesehen, wie z. B. Direct RF, das RF-Anwendungen durch Digital-Analog-Umwandlung mit ultrahoher Rate direkt unterstützen kann und voraussichtlich mit FPGA kombiniert wird um verschiedene Anforderungen an die drahtlose Kommunikation zu erfüllen. Auf diese Weise lässt sich echtes Softwareradio realisieren und so neue Anwendungsszenarien für FPGA eröffnen. Daher wird die Integration von immer mehr Hard-IP auf FPGA-Chips zu einem wichtigen technischen Weg zur weiteren Stärkung der FPGA-Funktion und zur Erschließung neuer Anwendungsszenarien.

Die zweite Ebene ist die Integration und Verbindung von FPGA und anderen Chips auf Systemebene. Wir glauben, dass eine solche Integration der Schlüssel für FPGA sein wird, um neue Chipsysteme und -kategorien zu ermöglichen. In Kombination mit der zuvor erwähnten stärkeren IP-Integration auf FPGA-Chips glauben wir, dass FPGA mit immer leistungsfähigeren Funktionen immer mehr neue Chipkategorien ermöglichen und den Markt öffnen können. Auf dieser Ebene glauben wir, dass der wichtigste Technologiepfad darin besteht, eine flexible und anpassbare heterogene Integration in Form von fortschrittlicher Verpackung zu realisieren, ergänzt durch innovative Verbindungstechnologien. In diesem Zusammenhang hat Intel bereits früher den Einsatz von Advanced Packaging Technology (EMIB) zur Integration von FPGA, Hochgeschwindigkeits-Transceiver (für die skalierbare Verbindung von Rechenzentren) und DRAM in einem Paket veröffentlicht. Auf der Hotchips-Konferenz später in diesem Jahr berichtete Intel auch über die Nutzung heterogener Integration zur Realisierung innovativer HF-Anwendungen. Der Hauptvorteil der heterogenen Integration liegt in ihrer Flexibilität. Beispielsweise kann es entsprechend den Bedürfnissen der Benutzer in verschiedene Arten und Spezifikationen von Chips integriert werden, um den Kompromiss zwischen Leistung, Kosten und Anpassung zu maximieren.

Ebenso plant AMD die Integration von Xilinx FGPA und CPU. Obwohl derzeit keine spezifischen technischen Parameter veröffentlicht wurden, glauben wir, dass die Chiplet-Technologie gemäß AMDs früherer Investition in Chipet und AMDs früheren relevanten Patenten auch verwendet werden kann.

Je größer der Umfang einer solchen Integration wird, desto größer wird auch der Bedarf an Zusammenschaltungen. Andernfalls kann die Verbindung in Multi-Chip-Systemen zu einem Engpass werden. Die Verbindung muss nicht nur eine hohe Bandbreite bereitstellen, sondern auch wichtige Funktionen auf Systemebene unterstützen, wie etwa Cache- und Speicherkonsistenz. Derzeit unterstützen sowohl die FPGAs von Intel als auch AMD das entsprechende CXL-Protokoll. Wir glauben, dass mit der größeren Integration zwischen FPGAs, Prozessoren und anderen Chips immer komplexere und schnellere Inter-Chip-Verbindungen zu einer Schlüsseltechnologie werden.

Software wird der Schlüssel sein

Neben der Hardware ist auch die Frage, wie FPGA in der Praxis möglichst effizient eingesetzt werden kann, ein äußerst kritisches Thema. Da FPGA und andere Chips (z. B. CPU) eng integriert sind, um ein heterogenes Chipsystem zu bilden, ist es ein sehr komplexes, aber wichtiges Problem, sicherzustellen, dass die Software FPGA vollständig nutzen und Planungsengpässe vermeiden kann. Dies ist ein äußerst anspruchsvolles Problem, da das Programmiermodell des FPGA und anderer Teile des Systems (z. B. der CPU) sehr unterschiedlich sein kann. Wie kann daher sichergestellt werden, dass die Software Aufgaben korrekt aufteilen kann (dh für FPGA geeignete Aufgaben dem FPGA und für andere Prozessoren geeignete Aufgaben den entsprechenden Prozessoren zuweisen), die Planung und Speicherverwaltung angemessen handhaben und eine benutzerfreundliche Form für die Software bereitstellen kann? Ingenieure, es ist ein großes Projekt. Diese Aufgaben unterscheiden sich erheblich von herkömmlicher FPGA-Software (dh hauptsächlich für Front-End- und Back-End-Logiksyntheseaufgaben).

In diesem Bereich investieren Intel und AMD aktiv. Beispielsweise ist in der von Intel veröffentlichten IPU-Roadmap die offene und flexible Softwareökologie ein wichtiger Investitionsbereich von Intel. Dementsprechend hat Intel gerade die Übernahme von Codeplay angekündigt, einem plattformübergreifenden heterogenen Chip-Software-Compiler. Dieser Schritt wird von der Branche auch als Investition in die FPGA-Software der nächsten Generation betrachtet. Gleichzeitig kündigte amd auf der Finanzberichtskonferenz im Mai an, kräftig in den Softwarebereich zu investieren, wozu natürlich auch die FPGA-bezogene Softwareforschung und -entwicklung gehört. Wir glauben, dass, da FPGA ein wichtiger Teil des neuen Chipsystems wird, auch die entsprechende Softwareökologie mithalten muss, damit ein solches neues Paradigma des FPGA-Systems wirklich in den Mainstream gelangt.

Artikel von:http://rcbscable.com/15.html

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