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時間:2023.07.21

振華航空芯資訊:中端FPGA市場,英特爾帶來變數(shù)!

老齡化的中端FPGA市場吸引了新的參與者加入,但Intel通過更新其產(chǎn)品系列使這一市場的前景變得復(fù)雜。Intel在新的Agilex 5系列中增加了許多型號,范圍從剛剛超過50,000到650,000個邏輯單元(LCs);除了兩個型號以外,所有的型號都包括CPU子系統(tǒng)。


新系列為FPGA結(jié)構(gòu)互連增加了寄存器,升級了CPU子系統(tǒng),用人工智能的張量模塊補充了DSP,并更新了DRAM和I/O協(xié)議。新“Agilex”似乎正在取代舊的英特爾FPGA品牌。


MPR將中端定義為大約50,000-500,000個LC,考慮到LC因體系結(jié)構(gòu)而異的事實。人們通常對這一領(lǐng)域的不重視,而傾向于更高單價的數(shù)據(jù)中心市場,這促使萊迪思提高密度(見MPR 2023年2月,"萊迪思詳細介紹第一款A(yù)vant FPGA"),同時也為創(chuàng)業(yè)公司Rapid Silicon提供資金(見MPR 2023年2月,"FPGA創(chuàng)業(yè)公司Rapid Silicon進入市場")。更新的Agilex 5型號超過了這些公司的少數(shù)型號;中端市場現(xiàn)在已經(jīng)很擁擠。


Intel新的FPGA器件計劃于2024年量產(chǎn),有兩種類型:D系列,優(yōu)先考慮性能;E系列,注重功耗和容量。后者還有有兩個子集:“A”組的型號有更高的時鐘和接口速度,而“B”組的型號則放松了性能要求,轉(zhuǎn)而實現(xiàn)低功耗。

Agilex同時支持大CPU和小CPU

Agilex5系列有一個FPGA結(jié)構(gòu)、一個CPU子系統(tǒng)、DRAM控制器和許多I/O,其中一些I/O與FPGA互連結(jié)構(gòu)相關(guān),另一些與CPU子系統(tǒng)相關(guān),如圖1所示。CPU子系統(tǒng)包括兩顆Cortex-A76核心和兩顆Cortex-A55核心;前者有64KB的L1緩存和256KB的L2緩存,后者的緩存是這些大小的一半。所有四顆核心都共享一個2MB的L3高速緩存。


CPU子系統(tǒng)包括512KB的片上SRAM,供通用目的使用。它可以通過選定的DRAM控制器和一個NAND閃存接口訪問額外的外部代碼和數(shù)據(jù)。一個系統(tǒng)模塊(System Block)處理子系統(tǒng)管理、復(fù)位、時鐘和CPU子系統(tǒng)安全。專用的CPU子系統(tǒng)I/O包括帶有時間敏感網(wǎng)絡(luò)(TSN)的2.5G以太網(wǎng)、USB3.1和On-The-Go模式USB2.0以及存儲-內(nèi)存端口。


在超寄存器中完成FPGA結(jié)構(gòu)沒有任何新的突破,因為Agilex 5的一些功能之前已經(jīng)出現(xiàn)在其他系列中。如圖2所示,Intel體系結(jié)構(gòu)的一個較新的方面是在每個互連結(jié)構(gòu)交叉點和自適應(yīng)邏輯模塊(ALM)的輸入端撒上可旁路的寄存器(Intel公司稱之為“超寄存器hyper-registers”)。由于沒有實現(xiàn)任何邏輯,這些寄存器可用于重新計時,而不需要為該額外的寄存器階段消耗ALM。


每Bank組的96個高速I/O有兩個DRAM控制器;每個控制器可以實現(xiàn)多達72位的端口。盡管CPU子系統(tǒng)缺乏自己的DRAM控制器,但它可以訪問與高速結(jié)構(gòu)I/O相關(guān)的控制器之一。


DSP塊在很大程度上遵循先前的Agilex功能(見MPR 2022年4月,"Agilex為存儲器撥號M"),但它們包括英特爾所謂的AI張量塊,這是繼承自Stratix 10 NX的能力(見MPR 2020年7月,"Stratix 10 NX增加AI塊")。該塊為INT8和INT4變量增加了一個乘法累加(MAC)電路陣列,通常用于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)推理。盡管在英特爾發(fā)布張量塊時,AI模型缺乏FPGA工具的支持,但該公司已經(jīng)取得了進展,將FPGA整合到其整個AI流程中。


適合所有賽季的SKU如表1所示,Agilex 5 D系列包括五個型號。其FPGA互連體系結(jié)構(gòu)與E系列不同,相對于邏輯單元LC增加了更多的塊狀SRAM。英特爾表示,與E系列相比,D系列更像是Agilex 7系列向中端產(chǎn)品的延伸。


所有D系列型號都有384個高速I/O(包括8個DRAM控制器),60個高壓(最高3.3V)I/O,192個LVDS對,28個MIPI D-PHY接口。所有型號都有一個CPU子系統(tǒng),A76的最大時鐘頻率為1.8GHz,A55為1.5GHz。


E系列有13個型號,但它們被分成A和B組。如表2所示,A版強調(diào)性能,而B版則降低了速度(以及隨之而來的功率)。支持DRAM類型有DDR4、DDR5(僅A組)、LPDDR4和LPDDR5。


如表3所示,在其余的吞吐率規(guī)格中,只有人工智能的峰值性能因其與DSP塊的數(shù)量(以及隨之而來的張量處理)有關(guān)而按型號發(fā)生變化。各個型號之間的其余差異不是與一個給定的功能有多快有關(guān),而是與有多少資源實例可用有關(guān)。


小尺寸FPGA器件市場的擁擠多年來,F(xiàn)PGA中端市場一直被占據(jù),但都是Intel和AMD的舊設(shè)備。Lattice和Rapid Silicon的加入使參與者的數(shù)量從3個增加到5個,還包括Efinix(見2021年6月MPR,"Efinix填補了16納米FPGA路線圖"),但每個公司提供的型號都很少。由于英特爾現(xiàn)在承諾的各種型號變體,這個空間甚至比圖3顯示的還要擁擠,因為Intle公司的舊產(chǎn)品仍然是可用。


每個供應(yīng)商最大家族成員的規(guī)模,基于最新的版本,從Rapid Silicon的250,000個LCs到Intel超過650,000個LCs不等。接近100萬LCs的型號是存在的,但它們不再是中端產(chǎn)品。


如表4所示,一些系列有固化的處理器;其CPU從Cortex-A53和Cortex-R5F到最新的Cortex-A76和Cortex-A55不等。Rapid Silicon的產(chǎn)品采用了SiFive A45和D45 CPU。Efinix一直計劃在其家族中不使用硬CPU,但現(xiàn)在已經(jīng)改變,在最大的型號中包括固化CPU。


Agilex 5系列與AMD Zynq系列齊頭并進。它有比Zynq更強大的CPU,但數(shù)量更少。Zynq采用了四個時鐘頻率高達1.5GHz的Cortex-A53,此外還有一對實時Cortex-R5Fs。Mali GPU有助于人工智能和游戲;Agilex 5依靠其人工智能張量塊完成這一任務(wù),缺乏更普遍的GPU能力。


盡管Zynq CPU的數(shù)量更多,然而,單個A76比四個A53的吞吐率更大;A53達到了9.2 Dmips/MHz。R5F又增加了額外3.4 Dmips/MHz,總計12.5Dmips/MHz,仍然落后于Agilex 5的27.4 Dmips/MHz的總量。


Zynq包括更多的塊RAM(52Mb對38Mb)和DSP模塊(2,928對846),盡管這種比較忽略了DSP塊的差異和英特爾的AI張量塊。Zynq還實現(xiàn)了更高的千兆位收發(fā)器速度,有16個32.75Gbps端口(而Agilex 5為24個28 Gbps),此外還有32個16.2Gbps端口,與Agilex 5的672Gbps聚合帶寬相比,Zynq的速度剛剛超過1,000Gbps。


回到游戲中,十年來,英特爾和AMD(或Altera和Xilinx)一直在最大的FPGA上單打獨斗,最近則忽略了中端產(chǎn)品。因此,兩個新的競爭者介入了:Lattice長期以來是一個可編程器件供應(yīng)商,但專注于低端產(chǎn)品,以及初創(chuàng)公司Rapid Silicon。這兩家公司,以及另一個小型競爭對手Efinix,可能仍然會找到吸引力,但Agilex 5的推出給了客戶一個不換的理由。


Agilex 5使英特爾的中端結(jié)構(gòu)架構(gòu)、CPU、DSP和支持的協(xié)議在新的硅工藝中得到了更新--MPR預(yù)計其客戶會歡迎這一點。Intel公司還在整合其FPGA品牌。Cyclone、Stratix和Arria等名稱將讓位于Agilex,而這些Agilex部件將按照英特爾Core處理器的模式獲得系列編號。盡管這在頂層清理了品牌,但由于看似單一的Agilex 5系列實際上是兩個子系列,其中一個又有兩個子系列,這使情況變得復(fù)雜。在這方面,這個家族似乎是打包在一起的。


現(xiàn)在,英特爾已經(jīng)更新了它的中端產(chǎn)品,該類別中最古老的家族是AMD的產(chǎn)品,它可以追溯到兩年前。英特爾的競爭對手已經(jīng)暗示,AMD計劃繼續(xù)投資于從賽靈思收購而獲得的技術(shù);MPR期望看到它的中端產(chǎn)品也有更新。如果發(fā)生這種情況,MPR預(yù)計不會出現(xiàn)客戶聯(lián)盟的全面轉(zhuǎn)移,因為更換供應(yīng)商會帶來摩擦,因為需要學(xué)習(xí)新的體系結(jié)構(gòu)和設(shè)計工具。


就目前而言,英特爾已經(jīng)打消了客戶的顧慮,并通過這一聲明阻止現(xiàn)有客戶向新廠商的轉(zhuǎn)變。它是僅有的兩家有資源推出這么多不同型號的FPGA供應(yīng)商之一。通過這樣做,Intel發(fā)出了一個信息,即它仍然在關(guān)注整個FPGA市場。


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