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AI芯片新救星 FPGA真這么神嗎扛门?

   2018-09-03 2450
核心提示:隨著大數(shù)據(jù)發(fā)展和算力的提升烦衣,AI芯片正迎來新一輪的爆發(fā)期。近兩年來勤众,越來越多以FPGA切入AI芯片的玩家涌現(xiàn)出來舆绎,包括國內(nèi)AI芯片
 隨著大數(shù)據(jù)發(fā)展和算力的提升,AI芯片正迎來新一輪的爆發(fā)期们颜。近兩年來吕朵,越來越多以FPGA切入AI芯片的玩家涌現(xiàn)出來,包括國內(nèi)AI芯片創(chuàng)企深鑒科技窥突、百度XPU努溃、微軟Project Brainwave、深思考醫(yī)療影像專用AI芯片等等阻问。
 
  盡管ASIC在性能功耗上往往有更好的表現(xiàn)檩翁,不過我們發(fā)現(xiàn),在一片紅海的AI芯片市場中族逻,F(xiàn)PGA憑借自己獨特的優(yōu)勢占有了一席之地景絮。甚至有媒體報道稱,F(xiàn)PGA是AI芯片的終極未來崎络。
 
  這一觀點是否準確我們暫且不論说悄,但它的確在AI芯片領(lǐng)域引起了不少波瀾,也不禁讓我們想要問一句颗酷,“AI芯片新救星合圃?FPGA真的這么神嗎?”
 
  一戏丽、FPGA屆的肯德基跟麥當勞:賽靈思vs英特爾Altera
 
  FPGA(Field-Programmable Gate Array)即現(xiàn)場可編程門陣列砂猿,其靈活性介于CPU跷焚、GPU等通用處理器和專用集成電路ASIC之間,在硬件固定的前提下痪罐,允許使用者靈活使用軟件進行編程逸萄。它的開發(fā)周期比ASIC短,不過相對于批量出貨ASIC板惑,單個FPGA的成本會更高。
 
  由于FPGA容錯空間相對更大偎快,以前FPGA常被用作ASIC芯片流片前的硬件驗證方法冯乘。
 
  目前,F(xiàn)PGA芯片的主要四家生產(chǎn)廠家都在美國:Xilinx(賽靈思)晒夹、Altera(阿爾特拉)裆馒、Lattice(萊迪思)和Microsemi(美高森美)。它們一共占了98%以上的市場份額丐怯,其中喷好,絕大多數(shù)市場被賽靈思和Altera瓜分,賽靈思約占49%读跷,Altera約占39%梗搅。
 
  近三年,F(xiàn)PGA行業(yè)完成了多項并購效览。2015年6月无切,英特爾宣布以167億美元收購Altera(阿爾特拉)。2016年上半年踱封,紫光在公開市場收購萊迪思6.07%的股權(quán)客净,同年11月萊迪思被Canyon Bridge以13億美元收購,但此案一直沒有獲得美國監(jiān)管單位同意脏诈。
 
  這些并購案并未影響到FPGA在AI芯片市場的整體格局冀烘。幾乎二分天下的賽靈思和英特爾確立了相似的FPGA戰(zhàn)略布局享立,均將重心放在了數(shù)據(jù)中心市場盘秕,并都致力于讓FPGA編程更簡單。
 
  1嫂镇、FPGA的創(chuàng)造者——賽靈思
 
  說到FPGA抢熟,絕對避不開的公司就是賽靈思,因為這項芯片技術(shù)就是賽靈思開創(chuàng)的竞茂。從2011年起,賽靈思提出全可編程(All Programmale)理念固啡,將FPGA技術(shù)從傳統(tǒng)的通訊切油、航空蝙斜、國防等領(lǐng)域拓展到了AI和云計算領(lǐng)域的應(yīng)用。
 
  去年12月澎胡,智東西曾對賽靈思全球銷售和市場部亞太及日本地區(qū)高級總監(jiān)周海天進行深度專訪(對話賽靈思:33年老牌芯片廠如何在AI浪潮里新興業(yè)務(wù)年增46%)孕荠,周海天告訴智東西,16nm產(chǎn)品是賽靈思眾多產(chǎn)品線中最受AI應(yīng)用廠商歡迎的產(chǎn)品攻谁,其尖端技術(shù)能將更多可編程應(yīng)用邏輯元件集成在芯片上稚伍,滿足AI對強大計算能力的需求。
 
  作為FPGA行業(yè)長期的霸主戚宦,賽靈思擁有超過2萬家下游客戶个曙,其中亞馬遜AWS、以及中國的BAT云服務(wù)巨頭都是它的客戶受楼。
 
  今年3月,賽靈思新CEO Victor Peng上任之后不久艳汽,就宣布了賽靈思在AI時代的三大戰(zhàn)略布局:數(shù)據(jù)中心優(yōu)先猴贰、加速八大主流市場發(fā)展骚灸、以及重磅推出全新一代AI芯片架構(gòu)ACAP摊咨。
 
  首款代號為“珠穆朗瑪峰(Everest)”的ACAP AI芯片新品將采用臺積電7nm工藝打造热跨,今年內(nèi)實現(xiàn)流片,2019年向客戶交付發(fā)貨碑肚。(首發(fā)!賽靈思推顛覆性AI芯片 正面宣戰(zhàn)英偉達英特爾)
 
  而在終端AI方面尔芯,賽靈思則在今年收購了國內(nèi)三大AI芯片獨角獸之一的深鑒科技,主攻終端人工智能拓嗽。深鑒科技是國內(nèi)少數(shù)以FPGA切入AI芯片熏疾、并取得不錯成果的代表性玩家之一。(突發(fā)尖初!AI芯片獨角獸深鑒科技被美國賽靈思收購)
 
  此外葵昂,賽靈思FPGA也長期深耕在車用領(lǐng)域,適用于處理越來越復(fù)雜的先進駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS)和自動駕駛纯末。
 
  某AI芯片創(chuàng)業(yè)公司CEO透露寥掐,相較其他進入自動駕駛車市場的AI芯片公司,只有賽靈思有車規(guī)級的 FPGA磷蜀,L1-L3層找不到比賽靈思性價比更高的平臺召耘, 因此賽靈思至少在5年內(nèi)有較好的市場契機百炬。
 
  2污它、英特爾收購Altera
 
  另一個FPGA行業(yè)不得不提的大事就是英特爾收購Altera剖踊。為了增強其在AI芯片領(lǐng)域的競爭力,2015年衫贬,英特爾以167億美元天價收購Altera德澈,這也是迄今為止英特爾史上最大手筆的收購。英特爾隨即設(shè)立研發(fā)FPGA芯片的可編碼部門(PSG)祥山。
 
  FPGA是英特爾的AI芯片布局之一圃验,但英特爾最重要的AI芯片項目還是難產(chǎn)多年的Nervana神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理器項目。
 
  英特爾采用雙管齊下的FPGA戰(zhàn)略:一方面打造CPU-FPGA混合器件缝呕,讓FPGA與處理器協(xié)同工作澳窑;另一方面基于Arria FPGA或Stratix FPGA打造可編程加速卡(PAC/programmable acceleration card)。
 
  基于FPGA技術(shù)诚咪,英特爾已經(jīng)構(gòu)建了一個完善的NFV生態(tài)圾篱,覆蓋軟硬件廠商、系統(tǒng)集成商搭肠、電信運營商玫惧、OTT廠商等相關(guān)企業(yè)。
 
  此外眯华,英特爾還為OME廠商提供一個面向包含F(xiàn)PGA的英特爾至強可擴展處理器的英特爾加速堆棧庞蠕,進而為客戶提供完整的軟硬件一體的FPGA解決方案。
 
  英特爾在7月收購芯片公司eASIC后將其并入PSG部門拇掺,并隨后透露這一收購案主要是為了滿足解決客戶痛點则菌,滿足FPGA客戶端的降低成本和能耗需求,并提供可降低16nm赚毫、10nm踏靴、7nm制程的FPGA產(chǎn)品成本的規(guī)模化技術(shù)。
 
  目前加速卡還是FPGA進入硬件領(lǐng)域的主要形態(tài)之一,不過英特爾已經(jīng)在進行其他方向矫渔、其他形態(tài)的探索创邦,并在積極推進和其他數(shù)據(jù)中心OEM廠商在FPGA方面的合作。
 
  二、FPGA AI芯片市場的主要玩家
 
  近兩年來,F(xiàn)PGA在數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用日益廣泛。目前鄙陡,F(xiàn)PGA服務(wù)器已在全球七大超級云計算數(shù)據(jù)中心IBM、Facebook躏啰、微軟Azure趁矾、AWS耙册、百度云、阿里云毫捣、騰訊云得到部署详拙。由于ASIC路線風險高,目前僅有谷歌批量部署TPU蔓同。
 
  1饶辙、最會玩FPGA的微軟AI:BrainWave項目
 
  微軟Azure與FPGA的淵源可以追溯到八年前,當時的Bing(必應(yīng))搜索引擎無論是搜索結(jié)果還是相應(yīng)速度都比不過谷歌搜索斑粱。為了滿足Bing的需求弃揽,2010年底,一位微軟研究員提出了能在FPGA上運行Bing機器學習算法的硬件設(shè)計得到了微軟的認可褂省。
 
  如今巷卵,F(xiàn)PGA在加速數(shù)據(jù)處理方面的出色表現(xiàn)使它在微軟Bing、Azure云計算服務(wù)和Office 365中均得到部署葵稚。
 
  今年3月26日帘衣,微軟Bing微博宣布通過英特爾Arria FPGA和Stratix FPGA芯片打造出Project Brainwave深度學習加速平臺。該平臺將DNN處理單元整合入FPGA洁席,支持微軟Cognitive Toolkit税则、谷歌Tensorflow等流行深度學習框架的軟件棧,能夠執(zhí)行Bing智能搜尋功能所需的大規(guī)模機器閱讀理解任務(wù)值唉。
 
  在5月微軟Build 2018大會上赡喻,微軟AI芯片Brainwave開放了云端試用版,開發(fā)者現(xiàn)在可以接入微軟Azure云港赂,試用由Project Brainwave芯片計算平臺提供的AI服務(wù)缅科。微軟稱其延遲比谷歌TPU低5倍,正面對標谷歌衰拄。Project Brainwave可以看作微軟基于英特爾FPGA芯片打造的低延遲AI芯片。
 
  總的來說裕照,微軟基于FPGA打造的AI芯片是目前業(yè)內(nèi)最認可的FPGA方案之一攒发。
 
  2、百度XPU
 
  相比微軟對英特爾FPGA的專一晋南,百度對FPGA生產(chǎn)廠商的態(tài)度更為開放惠猿。從2011年起,百度已就開始將FPGA應(yīng)用到搜索负间、圖像偶妖、語音等多個核心業(yè)務(wù),它的數(shù)據(jù)中心政溃、云計算平臺和自動駕駛項目都部署了大量的FPGA趾访。
 
  在去年加州Hot Chips大會上态秧,百度發(fā)布和賽靈思合作完成的基于FPGA的256核云計算加速芯片XPU《笮基于FPGA加速器擅長處理計算任務(wù)的特點申鱼,XPU兼具GPU的通用性和FPGA高效率、低能耗的特點云头,旨在處理多樣化的計算任務(wù)捐友,對百度深度學習平臺PaddlePaddle優(yōu)化和加速,并實現(xiàn)性能和效率的平衡锁澡。
 
  百度和英特爾已有超過十年的合作歷史埋吊,近兩年雙方在AI領(lǐng)域的合作加強。
 
  在今年的百度AI開發(fā)者大會上神翁,英特爾人工智能事業(yè)部副總裁兼人工智能架構(gòu)總經(jīng)理Gadi Singer透露愈苛,百度正在開發(fā)基于英特爾最新FPGA技術(shù)的異構(gòu)計算平臺,這項技術(shù)將靈活加速百度云上的工作負載女骗。
 
  3景顷、深鑒科技
 
  深鑒科技是國內(nèi)一家年輕卻履歷亮眼的AI芯片公司,前年成立镣逃,去年年初估值超過10億强男,今年7月18日被全球第一大FPGA廠商賽靈思收購,其科研成果也在國際AI頂級會議屢獲大獎撼遵。
 
  FPGA開發(fā)難度大眨仪、周期長(一般需要3-6個月)的高門檻曾將許多公司拒之門外,深鑒從這一痛點嗅到商機甜杰。從2016年成立以來柑爸,深鑒科技一直基于賽靈思FPGA技術(shù)平臺開發(fā)機器學習解決方案。經(jīng)深鑒科技優(yōu)化的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)剪枝技術(shù)運行在賽靈思FPGA器件上盒音,可實現(xiàn)更優(yōu)的性能和能效表鳍。
 
  該公司提出深度學習處理單元DPU(Deep Learning Processing Unit)系列,為不愿直接使用FPGA的廠商提供了一個帶接口的黑盒子祥诽。廠商只需把自己的模型訓練好譬圣,將模型和數(shù)據(jù)從接口導(dǎo)入,就能直接獲得需要的輸出雄坪。深鑒負責其中的壓縮和編譯厘熟,生成指令可在FPGA上運行。
   
  不過在后期维哈,深鑒科技也開始涉足ASIC AI芯片的設(shè)計與流片绳姨,曾經(jīng)發(fā)布“聽濤”、“觀海”兩款A(yù)I芯片并宣布2018年流片,不過暫時沒有看到相關(guān)產(chǎn)品信息飘庄。
 
  4脑蠕、騰訊云、華為云资担、阿里云
 
  近年來旬效,賽靈思和英特爾在中國云服務(wù)市場可謂是動作頻頻,和華為云踱孕、阿里云讯匈、騰訊云等國內(nèi)頂尖的云計算服務(wù)提供商分別展開合作。
 
  去年年初将窗,騰訊云發(fā)布國內(nèi)首款高性能異構(gòu)計算基礎(chǔ)設(shè)施——FPGA云服務(wù)器策坏,隨后推出基于賽靈思VU9P FPGA卡的FX3實例和基于Intel Stratix10 FPGA卡的FI3實例。
 
  華為云也在今年年初聯(lián)合賽靈思FPGA宣布在歐洲首次推出華為云FPGA加速云服務(wù)器(FACS)平臺泻畏,該平臺搭載了賽靈思高性能 Virtex UltraScale+ VU9P FPGA烈肉,為用戶提供高性能的FPGA加速云服務(wù)。華為云還推出FPGA加速云服務(wù)器FP1 DPDK實例和推出了FP1 OpenCL實例委丈。
 
  今年5月甩高,阿里云發(fā)布新一代FPGA計算實例F3,采用其自研高性能FPGA加速卡什偷,搭載賽靈思16nm Virtex UltraScale+器件VU9P霸督,提供16個VU9P實力規(guī)格,首創(chuàng)統(tǒng)一FPGA SHELL架構(gòu)和FPGA虛擬化支持方案衅疙,使阿里云客戶能加速機器學習莲趣、數(shù)據(jù)分析、基因組學和視頻處理等多種工作負載饱溢。
 
  5喧伞、其他玩家
 
  目前,國內(nèi)能夠生產(chǎn)FPGA的公司包括紫光國芯绩郎、智多晶和AgateLogic等潘鲫。而國內(nèi)深思考人工智能、瑞為智能肋杖、深維科技次舌、高云半導(dǎo)體、安路科技兽愤、京微雅格等公司,都曾宣布具有基于FPGA的AI芯片開發(fā)能力挪圾。
 
  紫光國芯是國內(nèi)上市公司中唯一能夠量產(chǎn)FPGA的廠商浅萧,其FPGA、ASIC和特種微處理器常年為軍方穩(wěn)定供貨哲思。該公司在2016年9月正式推出國內(nèi)首款內(nèi)嵌高速接口(serdes)的千萬門級高性能FPGA芯片——Pango PGT180H版挣。
 
  深思考人工智能公司在今年3月的GTIC 2018全球AI芯片創(chuàng)新峰會上發(fā)布全球首款基于FPGA醫(yī)療影像專用AI芯片——M-DPU蔓酣,該芯片在100秒內(nèi)可以分類90000個細胞,同時具備先進醫(yī)學影像算法加速核心和深度學習加速核心婆裹。
 
  深思考CEO楊志明告訴智東西载甸,F(xiàn)PGA的研發(fā)周期比ASIC快很多,適于算法還在不斷演進智慧醫(yī)療影像領(lǐng)域乱险。深思考的DPU不是通用DPU齐犀,而是面向特定應(yīng)用領(lǐng)域的DPU,在AI領(lǐng)域的最大優(yōu)勢是DPU與特定領(lǐng)域算法的深度整合石检,形成面向特定場景的一站式整體解決方案滥捣。
 
  瑞為智能是國內(nèi)最早使用FPGA實現(xiàn)技術(shù)路徑的AI芯片公司之一,該公司在2015年就做了基于FPGA的AI芯片惯斥,滿足前端攝像機對高算力和低功耗的需求沦昆,并在2016年實現(xiàn)規(guī)模商用。其AI芯片能使攝像機的圖像處理達到每秒25幀病趋,從而提取清晰的人臉圖像供云端識別分析愿凶。
 
  除了創(chuàng)企外,國內(nèi)研究機構(gòu)如北京大學存哲、清華大學因宇、中國科學院等在基于FPGA的AI芯片領(lǐng)域都有深入研究。比如宏胯,北京大學曾聯(lián)合商湯科技提出一種基于 FPGA 的快速 Winograd 算法羽嫡,可大幅降低算法復(fù)雜度,改善 FPGA 上的 CNN 性能肩袍。
 
  三杭棵、FPGA在AI芯片行業(yè)的發(fā)展趨勢
 
  目前FPGA在AI芯片行業(yè)呈現(xiàn)出幾種不同的發(fā)展趨勢,一個是在FPGA的基礎(chǔ)上推出優(yōu)化架構(gòu)氛赐,一個是最大化程度挖掘FPGA的使用疆域魂爪,還有一個是將FPGA作為跳板,逐步轉(zhuǎn)向?qū)S枚ㄖ菩酒珹SIC艰管。
 
  1滓侍、基于FPGA優(yōu)化架構(gòu)
 
  基于FPGA進行優(yōu)化架構(gòu)的發(fā)展路線以賽靈思為代表。面對價格貴牲芋、開發(fā)難度大的問題撩笆,今年3月,賽靈思發(fā)布歷時4年情庐、投入超過10億美元打造的新一代AI芯片架構(gòu)ACAP筷疹,直接宣戰(zhàn)英偉達、英特爾處理器,對此智東西曾做深入報道(首發(fā)瞳竖!賽靈思推顛覆性AI芯片 正面宣戰(zhàn)英偉達英特爾)蜘把。
 
  2、長期最大化使用FPGA
 
  微軟則是長期最大化程度挖掘FPGA使用邊界的典型玩家乡捧。從八年前起衅滞,微軟就執(zhí)著于將FPGA作為其核心AI計算平臺。從使用裝滿FPGA的專用服務(wù)器集群牵观,到用專用網(wǎng)絡(luò)連接的FPGA加速卡集群抓惫,再到將共享數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)的大規(guī)模FPGA云服務(wù),微軟一直在嘗試FPGA部署的各種可能世蕴,尋找將FPGA優(yōu)勢發(fā)揮的最優(yōu)路徑氛赞。
 
  3、FPGA的終點是ASIC塘丝?
 
  目前赔癌,業(yè)內(nèi)的主流觀點是:隨著AI算法的進一步成熟固化,AI芯片最終會走向ASIC——也就是較為固定的芯片架構(gòu)澜沟。
 
  不過灾票,賽靈思CEO Victor Peng持有不同觀點,他告訴智東西茫虽,AI算法迭代刊苍、應(yīng)用創(chuàng)新的速度還將持續(xù)很長一段時間,甚至會維持10-20年之久濒析,因此一款靈活正什、可應(yīng)變的計算平臺將成為創(chuàng)新的重中之重。
 
  而且号杏,未來最終并不會是一款A(yù)I芯片架構(gòu)統(tǒng)一天下的局面婴氮,我們越來越需要能夠適應(yīng)眾多AI應(yīng)用、適應(yīng)不斷變化的AI算法的新型芯片架構(gòu)出現(xiàn)盾致。
 
  與此同時主经,英特爾可編程解決方案事業(yè)部亞太區(qū)市場拓展經(jīng)理劉斌也認為,F(xiàn)PGA在所有市場領(lǐng)域里都會占有一定的市場份額庭惜,從原生市場環(huán)境而言仇钞,F(xiàn)PGA和ASIC都有一個競爭合作的共生環(huán)境。
 
  “專用的ASIC其實還是非常有競爭力的籽钝,”劉斌表示毯甘,“不過FPGA是在所有的垂直市場都會有一定的份額,這種靈活性和普適性是FPGA最主要的價值航赦。”
 
  某AI芯片創(chuàng)業(yè)公司CEO告訴智東西撇熬,至少在在深度學習算法穩(wěn)定前庐丁,F(xiàn)PGA都有其生存空間。因為很多公司都發(fā)現(xiàn)烧已,剛做完傳統(tǒng)算法硬化,過了半年熔徊,內(nèi)部算法團隊又把算法換了烘牌。
 
  深思考CEO楊志明則認為,F(xiàn)PGA與ASIC融合是AI計算的未來朽晓。單純的ASIC芯片無法完全替代FPGA撮点,也不具備FPGA的靈活性。就如同ASIC到現(xiàn)在都無法在傳統(tǒng)領(lǐng)域完全替代FPGA一樣方仿,在AI領(lǐng)域固棚,F(xiàn)PGA與ASIC也會分而治之。智慧工業(yè)機器人仙蚜、智慧通信此洲、智慧醫(yī)療、智慧裝備等領(lǐng)域都是除FPGA以外的其他AI芯片難以介入的應(yīng)用領(lǐng)域委粉。
 
  結(jié)語:深度學習加持呜师,F(xiàn)PGA前景可期
 
  最近一年,AI芯片踏入紅海贾节,除了賽靈思汁汗、英特爾等傳統(tǒng)芯片巨頭外,國內(nèi)外眾多AI芯片創(chuàng)企也紛紛加入戰(zhàn)場栗涂。FPGA的可編程性使軟件和終端應(yīng)用公司能夠根據(jù)算法靈活修改解決方案知牌,這讓它在AI芯片市場愈發(fā)有存在感。
 
  當下AI仍處于早期階段斤程,AI算法正從訓練環(huán)節(jié)走向推理環(huán)節(jié)角寸,這個過程需要對訓練后的模型進行壓縮,在基本不損失模型精度的情況下將模型壓縮到原來的幾十分之一暖释。在這一階段窗蠕,AI是向著有利于FPGA發(fā)展的方向進行優(yōu)化和升級的。
 
  FPGA或許只是小眾的芯片在摔,但在AI市場上骏疆,它的普適性和靈活性都使其有適合發(fā)揮其優(yōu)勢的應(yīng)用場景。在各類AI芯片之間沒有拉開絕對差距之前唤吐,每一種技術(shù)路線都有其發(fā)揮更多價值的空間潜佑。
 
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