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FPGA的邊緣史-從AMD收購賽靈思說起

發布時間:2020/10/11 瀏覽數:1708

賽靈思現在的市值差不多是260億美元,由于受到其大客戶華為被斷供的原因,今年賽靈思其實漲的不多。

而AMD卻已經鳥槍換炮了,第二季度收入增長了26%至19.3億美元,而凈收入躍升了四倍以上,現在的市值超過了1000億美元。

在我7月份的文章《Intel遇阻7nm,會否放棄IDM業務?》(左文鏈接可跳轉)中,我曾經這樣評價過AMD,當時其市值大概在800億左右:

那么賽靈思(Xilinx)是做什么的,AMD為什么要收購它呢?

賽靈思是FPGA的發明者,FPGA能夠快速開發和成型,相較于其他標準類芯片,FPGA并不需要長達數年的開發周期。

FPGA(現場可編程門陣列)是可以快速動態重新配置的半導體器件。與其他類型的設備(例如CPU和GPU)相比,它們在各種工作負載中具有某些優勢。

自從賽靈思發明了FPGA,至今已經36年了,在這個期間,無數大公司想殺入這個領域,每過十年,就有一批公司退出或倒下(被收購),直到最后形成了FPGA的雙巨頭格局。

即Xilinx和Altera占據了絕大部分市場,剩下的殘羹冷炙分給幾家小公司,其中第三是當年紫光收購失敗的Lattice。

2015年,英特爾以167億美元的價格收購了Xilinx的主要競爭對手FPGA制造商Altera,并將該公司整合到其可編程解決方案集團(PSG)中。自此以后,Xilinx成為了FPGA公司的獨苗。

在高端芯片中,最頂端的明珠無疑屬于CPU、GPU、FPGA,自從Intel收購Altera,英偉達收購Mellanox、ARM,AMD收購Xilinx之后,高端芯片領域將迅速形成三足鼎立的格局。

Intel的CPU很強,但是在兩年內拼不過有臺積電7nm加持的AMD,其GPU明年也將發布。Intel有Altera的FPGA技術。

AMD目前則是CPU與GPU都還不錯,CPU性能目前可以至少碾壓Intel兩年時間。GPU也有一席之地,勝在便宜量又足。如果收購Xilinx成功,將進占高端FPGA領域。

英偉達的GPU非常強,如果收購ARM成功,將在物聯網領域得到CPU/MCU的核心技術,而他收購的Mellanox,在服務器和存儲連接領域將擁有巨大的優勢。英偉達目前沒有FPGA,消化目前的收購是階段重點。

那么AMD收購Xilinx的技術動機在哪里呢?

兩家公司有著在深度學習項目上緊密合作的歷史,例如在AMD EPYC處理器上的Xilinx深度學習解決方案。在數據中心服務器領域,緊密集成的CPU+FPGA解決方案早已經不是新鮮事物了。

我來介紹一下這兩個東西的融合史。

CPU長于控制,而FPGA則擅長運算。因此,很早就有人想到了在FPGA開發里引入CPU來進行邏輯控制,以彌補FPGA的缺陷。

Altera最早提出了SOPC(System On a Programmable Chip,可編程片上系統)技術,這種技術使用FPGA的邏輯和資源搭建的一個軟核CPU系統,后來Xilinx也進行了跟進。Altera主推的軟核是Nios-II,而Xilinx主推的軟核則是MicroBlaze。

由于它們是廠商自己開發的一套封閉開發環境,沒有形成行業標準,用起來不是很方便,因此一直沒有流行起來。

隨著大數據、物聯網、AI的發展對于算力的需求增大,Xilinx意識到不如讓FPGA給CPU做外設,直接在FPGA集成ARM的Cortex-A系列處理器。FPGA專門用于計算,除此之外的所有事,都由強大的Cortex-A系列處理器來完成。

在2010年4月硅谷舉行的嵌入式系統大會上,Xilinx發布了ZYNQ 7000系列FPGA,它由雙核A9+Xilinx 7系列FPGA組成。請注意,這已不再是單純的FPGA芯片,而是一個嵌入式FPGA開發板。

Zynq系列取得了巨大的成功,使之成為了主流算力加速解決方案。在ZYNQ推出后,很多大學研究小組用它完成了卷積神經網絡在FPGA平臺上的部署,實現了對卷積神經網絡的硬件加速,對FPGA加速器的研究一度成為人工智能領域的熱門方向。

這種CPU+FPGA模式也被Altera迅速跟進,它們也推出了雙核A9+Altera FPGA的開發平臺,比如DE1-SoC等。嚴格來說,Cortex-A9處理器不是單片機(即微控制器,MCU),而是微處理器(MPU),但是它們都是CPU。

接下來,ARM成為了關鍵先生,在2015年ARM終于決定開源自己的Cortex-M0核。隨后,ARM又在2017年6月20日開源了Cortex-M3核,并在2018年10月22日開源了Cortex-A5核。DesignStart計劃的不斷推進,使得ARM在物聯網領域也逐漸建立起優勢。

Cortex-M0/M4核的開源,使得ARM從FPGA開發商手里接過了SOPC的接力棒,傳統的FPGA開發時代也徹底終結了,新時代的FPGA開發主要可分為兩種:一種是開發板上本來就有硬核CPU,提供CPU+FPGA的開發環境;另一種是開發板上沒有硬核,但我們可以通過使用ARM開源出來的verilog文件,用FPGA的邏輯和資源搭建出一個軟核CPU,也能構建起CPU+FPGA的開發環境。

我們可以看到,現在的FPGA已經被徹底邊緣化了,在賽靈思的產品銷售中,純FPGA芯片的銷售量逐漸縮小,而CPU+FPGA水漲船高。

考慮到在通信市場中比如華為基站對于純高端FPGA的需求還很大,這塊市場賽靈思還不會放棄,但是隨著華為被限供,賽靈思內部已經將華為訂單剔除出KPI,將戰略重點放在新方向上。

其實不只是CPU,現在的異構趨勢下,MCU(MPU)、DSP和FPGA都已經有融合的態勢。

ARM的M4系列里多加了一個精簡的DSP核,TI的達芬奇系列本身就是ARM+DSP結構,Altera和Xilinx新推出的FPGA都包含了ARM的核在里面。所以三者之間的關系是越來越像三基色的三個圓了。

最近幾年,AMD的數據中心處理器業務也在不斷增長,與長期在該領域占據主導地位的英特爾展開越來越激烈的競爭,在服務器算力加速領域,雙巨頭都不約而同地采用了CPU+FPGA的核心架構,賽靈思的加入將使AMD在與英特爾的競爭中處于更有利的地位,并在快速增長的電信、國防市場中占據更大的份額。

另一個巨頭英偉達唯有加強其云端GPU的優勢,來和對手的CPU+FPGA架構比拼,而數據中心的另一個大玩家谷歌,則在默默修煉其TPU處理器(其并行處理架構“脈動陣列”與FPGA有相似之處),也不容小視。

總的來說,純FPGA芯片走向邊緣已經非常清晰,而FPGA技術本身不會消亡,必將會融合嵌入到新的異構環境中,與CPU、DSP通力合作,成為主流市場的必備兵器。

那么最后一個問題,對于中國的FPGA企業會有什么影響呢?

據我所知,雖然今年上半年受到疫情的影響,但是在國產替代的加持下,幾家主要的民用FPGA公司出貨量均已遠超去年,且其中純FPGA芯片的占比在減少,大頭是集成了ARM和FPGA的高能效SoC。

對于股票市場的影響,我想大概率還是利好AMD、Xilinx,利空Intel,另外對于Lattice也有利好,畢竟他是唯一一家還可供收購的獨立FPGA公司了。

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