未來性能增長(zhǎng)需依賴架構(gòu)上改變因此需要用FPGA進(jìn)行人工智能硬件加速

摩爾定律從2003年開始放緩。為了延續(xù)性能倍增、功耗減半，Intel CPU采用多核來實(shí)現(xiàn)。然而，到2015年以后，多核也達(dá)不到了。內(nèi)核數(shù)每增加一倍，運(yùn)算性能并不能成倍增長(zhǎng)。因此，業(yè)界需要尋找新的方法來實(shí)現(xiàn)延續(xù)，比如針對(duì)應(yīng)用進(jìn)行硬件加速。

人工智能的硬件加速，如果想要做得好的話，需要具備三個(gè)條件：運(yùn)算能力很強(qiáng)，數(shù)據(jù)傳輸高效，存儲(chǔ)器帶寬高。業(yè)界衡量性能的指標(biāo)包括性能功耗比和性能價(jià)格比。

Achronix Semiconductor公司市場(chǎng)營(yíng)銷副總裁Steve Mensor

硬件加速應(yīng)用六大應(yīng)用場(chǎng)景

日前，Achronix Semiconductor公司市場(chǎng)營(yíng)銷副總裁Steve Mensor告訴記者，硬件加速應(yīng)用有幾大類應(yīng)用場(chǎng)景：

1.云的加速。涉及壓縮解壓縮、區(qū)塊鏈和安全等，需要很高的運(yùn)算能力和功耗成本比。

2.邊緣計(jì)算。很多應(yīng)用由于需要低延遲，不允許將數(shù)據(jù)傳到數(shù)據(jù)中心處理，而需要在邊緣處理，并且需要低功耗。

3.存儲(chǔ)。有些應(yīng)用需要高效率，因而要求在存儲(chǔ)器里進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

4.5G基礎(chǔ)設(shè)施。5G網(wǎng)絡(luò)中的BBU（基帶處理單元）和RRU（射頻拉遠(yuǎn)單元），其協(xié)議處理有很大不確定性，需要用FPGA來編程。

5.傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)加速需要用FPGA，而現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)了新的智能網(wǎng)卡，要求在發(fā)給服務(wù)器之前進(jìn)行加解密、壓縮解壓縮等各種處理。

6.自動(dòng)駕駛。涉及人工智能、數(shù)據(jù)運(yùn)算和傳感器融合等，需要具有可編程性。

人工智能/機(jī)器學(xué)習(xí)應(yīng)用為何要用FPGA？

FPGA在人工智能/機(jī)器學(xué)習(xí)（AI/ML）上扮演重要角色。AI涵蓋各種應(yīng)用和層面，工業(yè)、教育、政府、農(nóng)業(yè)等各行各業(yè)都可以運(yùn)用。個(gè)人電腦在1980年到2000年增長(zhǎng)很快。從2000年開始（包括智能手機(jī)的出現(xiàn)），無線互聯(lián)網(wǎng)增長(zhǎng)更快。而在未來，據(jù)估計(jì)，隨著5G的到來，AI的增長(zhǎng)又將會(huì)更快。據(jù)估計(jì)，在半導(dǎo)體業(yè)務(wù)方面，到2024年，AI將占有約500億美元市場(chǎng)。

Mensor介紹，硬件加速?gòu)膶?shí)現(xiàn)上看可以有幾種不同選擇：CPU、GPU、FPGA和ASIC。CPU最有靈活性，能夠覆蓋各種不同應(yīng)用，但它的能力（效率）最弱。ASIC的成本、性能和功耗最好，但它不能改變。目前AI算法層出不窮，ASIC不能滿足各種要求。

若要同時(shí)具有可編程性和效率，則可以采用GPU和FPGA。在功耗和效率上，F(xiàn)PGA比GPU更強(qiáng)。尤其是在AI推理上，對(duì)于低精度場(chǎng)景，F(xiàn)PGA的性能功耗比比GPU大16倍?！癎PU更適合用在服務(wù)器側(cè)，而FPGA則更適合用在邊緣側(cè)。”Mensor補(bǔ)充說。FPGA適合做推理，GPU適合做訓(xùn)練。

7nm eFPGA性能增強(qiáng)

日前，Acronix推出新的7nm架構(gòu)IP——Speedcore 7t，在功耗、性能和裸片尺寸（PPA）上均有改進(jìn)。

從工藝上看，7nm比16nm快60%。同時(shí)，它針對(duì)AI/ML做了新的架構(gòu)改進(jìn)（第四代架構(gòu)），對(duì)于AI/ML應(yīng)用，性能比16nm增長(zhǎng)3倍。此外，相比16nm，其功耗降低50%，裸片面積減少2/3。

7nm相對(duì)16nm在架構(gòu)上做了很大改變，例如算邏單元（ALU）增加一倍，布線布局做了改善，并且針對(duì)AI/ML運(yùn)算增加了新的模塊（詳見下圖）。ALU和MAX（）針對(duì)AI/ML更有效率，其他四個(gè)則適用于所有應(yīng)用，他補(bǔ)充說。