芯耀
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6月1日，英特爾宣布將以167億美元的現(xiàn)金收購可編程邏輯芯片巨頭Altera，這一筆交易案也成為了英特爾歷史上金額最大的一筆并購。
有消息顯示，Altera在2014年就曾與英特爾簽署協(xié)議，即通過英特爾的工廠生產(chǎn)FPGA。很多人認為，英特爾全面收購Altera將最大化利用工廠的先進制程，并在生產(chǎn)大而復雜的FPGA過程中累積更多的經(jīng)驗。同時，Altera也將從英特爾強大的生產(chǎn)能力中獲益，并比其他FPGA廠商更快的展開芯片投產(chǎn)和升級工作。
那么，Altera的產(chǎn)品會通過與英特爾的聯(lián)手產(chǎn)生怎樣的變革？讓我們先從那次微軟換血FPGA說起。
英特爾與Altera的淵源，先從微軟換血FPGA說起
Altera亞太區(qū)副總裁兼總經(jīng)理Erhaan Shaikh表示，Altera除了不斷為通信行業(yè)的客戶帶來價值之外，也開始轉(zhuǎn)身投入到其它市場當中，并為很多新的市場領域帶來新的價值。正是由于這樣一種多元化的產(chǎn)品發(fā)展策略，使得Altera很大程度的吸引了多元化市場的注意。
Altera亞太區(qū)副總裁兼總經(jīng)理Erhaan Shaikh
2014年8月12日，微軟宣布了一種全新的名為“Catapult”的構(gòu)架，其內(nèi)置有Altera的Stratix V FPGA (28nm)，可將微軟旗下搜索引擎必應(Bing)的搜索速度提高兩倍、服務器數(shù)量減少一半、服務器TCO提升最高至30%。
“通常業(yè)界在搜索引擎服務器中采用最多的還是CPU方式，但采用FPGA的功耗只有CPU方式的十分之一，這就是微軟將Altera的FPGA與其CPU產(chǎn)品結(jié)合使用的原因?！?Erhaan Shaikh解釋說。
在IDF2014大會上，Intel高級副總、數(shù)據(jù)中心級連接系統(tǒng)部門總經(jīng)理Diane Bryant表示，Intel提供的定制處理器以Xeon（至強）處理器為基礎，首次在單一封裝內(nèi)集成了FPGA可編程陣列電路，客戶可通過FPGA電路整合他們自己的軟件及IP核心。根據(jù)業(yè)界標準的FPGA加速測試，這種定制處理器的性能提升了10倍。通過在Xeon處理器中集成FPGA芯片，Intel預計客戶可以獲得額外的2倍性能，因為這種定制處理器的接口延遲更低，一致性更好。
IBM最近也宣布和Altera在OpenCL上展開合作，而IBM系統(tǒng)的資深副總裁Tom Rosailia認為，面向OpenCL的Altera SDK帶來了更多的創(chuàng)新，解決了大數(shù)據(jù)和云計算難題。
在汽車領域，奧迪也選擇與Altera合作，并將其SoC產(chǎn)品應用于汽車的自動駕駛系統(tǒng)中，作為最先進的高性能中央駕駛輔助控制單元的關(guān)鍵組成。
非常有趣的是，這輛自動駕駛系統(tǒng)中搭載了Altera的SoC產(chǎn)品的奧迪A7，在去往今年CES展的路上，完成了從硅谷到拉斯維加斯的實際“路演”，中間形成了約155英里的無任何駕駛員干預的完全自動駕駛。
在中國市場，百度剛剛和Altera宣布在快速圖像分類項目中展開合作，中國移動也與Altera宣布在5G C-RAN平臺上展開合作。百度研究的杰出科學家、博士Ren Wu表示，OpenCL的支持改變了行業(yè)的游戲規(guī)則，將幫助FPGA深入到主流異構(gòu)計算領域中。
從臺積電到英特爾，Stratix 10有哪些變化？
日前，Altera正式公布了其Stratix 10 FPGA和SoC體系結(jié)構(gòu)及產(chǎn)品細節(jié)，這一全新高端可編程邏輯器件在性能、集成度、密度和安全特性方面實現(xiàn)全面突破，可支持Altera客戶解決下一代通信、數(shù)據(jù)中心、雷達系統(tǒng)、物聯(lián)網(wǎng)基礎設施和高性能計算系統(tǒng)中所遇到的設計挑戰(zhàn)，誓在將云時代的網(wǎng)絡通信技術(shù)推向又一個巔峰。
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Erhaan Shaikh強調(diào)，Altera的新一代Stratix 10產(chǎn)品，可以說是整個可編程世界中的又一個巨大突破，它在性能方面比原有的28納米產(chǎn)品提高了2倍。而正是由于采用了Altera革命性的HyperFlex架構(gòu)，以及英特爾的14納米三柵極工藝，Stratix 10得以實現(xiàn)性能上的重大突破。
Altera產(chǎn)品營銷資深總監(jiān)Patrick Dorsey解釋說，Altera的第10代FPGA和SoC系列產(chǎn)品包括基于臺積電55納米工藝生產(chǎn)的MAX10系列、基于臺積電20納米工藝生產(chǎn)的Arria 10系列，以及最新發(fā)布的基于英特爾14納米三柵極工藝生產(chǎn)的Stratix 10系列。
Altera產(chǎn)品營銷資深總監(jiān)Patrick Dorsey解釋
Patrick Dorsey強調(diào)，可以看出，Altera和臺積電之間的關(guān)系是非常密切而牢固的，而它為Altera生產(chǎn)的各系列產(chǎn)品一直在市場中持續(xù)出貨。
Patrick Dorsey認為，Stratix 10 FPGA和SoC作為第一款采用Altera的HyperFlex新體系結(jié)構(gòu)器件，是FPGA業(yè)界十多年來最顯著的架構(gòu)體系結(jié)構(gòu)創(chuàng)新。
HyperFlex體系結(jié)構(gòu)：“寄存器無處不在”
Patrick Dorsey解釋說，如上圖所示，在傳統(tǒng)的架構(gòu)當中，不管是Altera還是Xilinx，都面臨著一個共同的問題：布線的延時在總延時中占據(jù)了絕大部分。而一個系統(tǒng)的性能是否能得到提高，最大的制約就來自布線帶來的阻抗和延時。
所以，Altera的HyperFlex架構(gòu)出現(xiàn)了。HyperFlex架構(gòu)在所有內(nèi)核互聯(lián)布線段上引入了寄存器，通過“無處不在的寄存器”，Stratix 10 FPGA和SoC能夠受益于成熟可靠的性能增強設計方法，例如寄存器重新定時、流水線和其他設計優(yōu)化方法。這些設計方法在傳統(tǒng)的FPGA體系結(jié)構(gòu)中是不可能實現(xiàn)的。
Patrick Dorsey透露說，HyperFlex架構(gòu)是Altera一項非常重要的專利技術(shù)，它在之前一直處于保密狀態(tài)，而今天終于迎來了一個合適的公布時機。
Patrick Dorsey進一步解釋說，HyperFlex架構(gòu)的概念其實非常簡單，它就是把寄存器加入到邏輯單元之中，并與FPGA實現(xiàn)相應的配合。在整個HyperFlex架構(gòu)的布線中，包含了上千萬的寄存器。
如上圖所示，HyperFlex架構(gòu)可將右上方3.5納米的延時分為下方的三段。Patrick Dorsey通過一個形象的比喻來解釋HyperFlex架構(gòu)如何極大的提升了性能：假設有100輛車需要通過一座很長的橋，而這座橋每次只能有1輛車通過。HyperFlex架構(gòu)相當于把這座橋分成了很多短橋，每座橋仍舊每次只能通過一輛車，但100輛車通過的速度卻極大的提高了。
概括的說，HyperFlex體系結(jié)構(gòu)幫助設計人員避免了關(guān)鍵通路和布線延時，其設計能夠迅速達到時序收斂。內(nèi)核邏輯性能提高2倍后，不需要很寬的數(shù)據(jù)通路，也不需要由于時鐘偏移導致的特殊設計結(jié)構(gòu)，從而極大的提高了器件利用率，降低了功耗。HyperFlex體系結(jié)構(gòu)支持高性能設計降低邏輯面積要求，功耗從而降低了70%。
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詳解英特爾14納米三柵極工藝——異構(gòu)3D系統(tǒng)級封裝集成
Patrick Dorsey強調(diào)，Stratix 10系列的第二大關(guān)鍵優(yōu)勢就在于Altera與Intel之間在異構(gòu)3D系統(tǒng)級封裝集成上的緊密合作。
據(jù)悉，Stratix 10 FPGA和SoC系列的所有型號都采用了異構(gòu)3D SiP集成技術(shù)高效經(jīng)濟的集成高密度單片F(xiàn)PGA內(nèi)核架構(gòu)(高達5.5M邏輯單元)以及其他先進的組件，從而提高了Stratix 10 FPGA和SoC的可擴展性和靈活性。單片內(nèi)核架構(gòu)避免了使用多個FPGA管芯來提高密度的競爭同構(gòu)器件的連接問題。Altera的異構(gòu)SiP集成技術(shù)是通過使用Intel的專用嵌入式多管芯互聯(lián)橋接(EMIB)技術(shù)實現(xiàn)的，與基于中介層的方法相比，進一步提高了性能，降低了復雜度和成本，增強了信號完整性。
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目前，Altera已經(jīng)有一些數(shù)據(jù)中心、固網(wǎng)通信領域的客戶通過升級至Stratix 10開始受益：原來需要5片Stratix V芯片的系統(tǒng)只需要1片Stratix 10來替代，并且功耗降低了63%。
關(guān)于Altera選擇采用Intel封裝技術(shù)的原因，其中非常重要的一點是Altera通過這項技術(shù)首次實現(xiàn)了在一個封裝上“貼放”多個裸片，而每一個裸片都具備一個單片的完整結(jié)構(gòu)。而每一個裸片都可實現(xiàn)靈活的替換，從而為客戶實現(xiàn)定制及快速的擴展。
值得一提的是，Intel一種嵌入式多裸片互聯(lián)橋接技術(shù)，與傳統(tǒng)的基于中介層的方式相比，它的效率和可靠性都更高。
同時Patrick Dorsey透露說，Altera和Intel之間的這項合作是排他性的，這點與其他競爭對手十分不同。
Patrick Dorsey還強調(diào)，在Stratix 10的成功同樣離不開ARM Cortex-A53處理器的功勞。
全面的安全功能
在高性能FPGA中，Stratix 10 FPGA和SoC將會具有業(yè)界最全面的安全功能。其核心是創(chuàng)新的安全設計管理器(SDM)，支持基于扇區(qū)的認證和加密、多因素認證和物理不可克隆功能(PUF，physically unclonable function)技術(shù)。Altera與Athena集團以及IntrinsicID合作，為Stratix 10 FPGA和SoC提供了世界級加密加速和PUF IP。Stratix 10 FPGA和SoC的多層安全和分區(qū)IP保護特性非常優(yōu)異，這一級別的安全特性使得該器件成為軍事、云安全和物聯(lián)網(wǎng)基礎設施應用的理想解決方案。
此外，Stratix 10 FPGA和SoC由Altera的系列Enpirion PowerSoC電源解決方案提供供電。Enpirion PowerSoC經(jīng)過優(yōu)化滿足了嚴格的性能和功率要求，在最小的引腳布局中提高了效率。
針對系統(tǒng)的設計，Altera的Quartus II中的Spectra-Q新引擎經(jīng)過設計發(fā)揮了HyperFlex體系結(jié)構(gòu)的性能、功率和面積優(yōu)勢，同時還提高了Stratix 10 FPGA和SoC設計人員的效能，產(chǎn)品能夠更迅速面市。Quartus II軟件的新功能將編譯時間縮短了8倍，提供通用、快速跟蹤設計輸入和置入式IP集成特性，支持OpenCL和其他高級設計流程，延續(xù)了Altera軟件的領先優(yōu)勢。
目前，客戶現(xiàn)在可以使用快速前向編譯性能評估工具開始其Stratix 10設計。將于2015年秋天提供Stratix 10 FPGA和SoC工程樣片。嵌入式軟件開發(fā)人員可以采用Mentor Graphics提供的SoC虛擬平臺來加速Stratix 10 SoC嵌入式軟件的開發(fā)。
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