我們知道，相對(duì)于專(zhuān)業(yè)的ASIC，FPGA有上市時(shí)間和成本上的優(yōu)勢(shì)。另外，在大多數(shù)情況下，F(xiàn)PGA執(zhí)行某些功能較之CPU上的軟件操作更高效。這就是為什么我們認(rèn)為它不但會(huì)運(yùn)用在數(shù)據(jù)中心的服務(wù)器、交換器、存儲(chǔ)層的各個(gè)角落，并且具有加速整個(gè)工作流程的功能。
然而我們不能過(guò)分樂(lè)觀，尤其是在2015年12月，Intel以167億美元收購(gòu)了FPGA生產(chǎn)商Altera之后。
在2014年年底，當(dāng)時(shí)還處于獨(dú)立的Altera公司高層盯上了基于CPU＋FPGA的數(shù)據(jù)中心并行計(jì)算的發(fā)展前景——這個(gè)當(dāng)時(shí)價(jià)值大約10億美元的市場(chǎng)。而并非數(shù)據(jù)中心里約2．5億美元的CPU－GPU市場(chǎng)和直接應(yīng)用CPU處理器的90億美元市場(chǎng)。
Altera做出這個(gè)決定的原因在于他們認(rèn)為這個(gè)組合較之另外兩個(gè)方案，有編程的簡(jiǎn)便性和能效優(yōu)勢(shì)。人們對(duì)CPU非常熟悉，并發(fā)現(xiàn)尋找C程序員也不會(huì)太難。因此對(duì)大部分開(kāi)發(fā)者來(lái)說(shuō)，在執(zhí)行運(yùn)算任務(wù)的時(shí)候，持續(xù)使用這種方案不需要冒太大的風(fēng)險(xiǎn)，但是能源效率相對(duì)比較低，尤其是在密集的計(jì)算和固有的并行工作負(fù)載的情況底下。
至于CPU＋GPU的方案，程序員并不是很熟悉，但是擁有很高的效率。
根據(jù)Altera的估計(jì)，使用OpenCL對(duì)混合CPU－FPGA系統(tǒng)進(jìn)行編程比使用Nvidia的CUDA環(huán)境對(duì)于程序員來(lái)說(shuō)更容易（某些方面肯定是有爭(zhēng)議的），但用HDL來(lái)硬編程FPGA是相當(dāng)困難的，因此需要OpenCL或者通過(guò)其他抽象層來(lái)將CPU中的負(fù)載轉(zhuǎn)移到FPGA上。
Intel收購(gòu)Altera改變FPGA格局
這個(gè)十億美元的數(shù)據(jù)中心市場(chǎng)被Altera、Xilinx和其他FPGA供應(yīng)商瓜分。在Intel于2015年6月收購(gòu)了Altera之后，這個(gè)市場(chǎng)變得更加復(fù)雜。
在收購(gòu)之前的2014年，Altera的19億美元收入中，有16％來(lái)自于與數(shù)據(jù)中心相關(guān)的計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)和存儲(chǔ)業(yè)務(wù)，其總值達(dá)到3．04億美元。那些在這個(gè)領(lǐng)域深耕十幾二十年的通信和無(wú)線(xiàn)設(shè)備系統(tǒng)制造商想要有更高的能源效率，更低的成本和更高的擴(kuò)展性，這些都是FPGA所擅長(zhǎng)的領(lǐng)域。另外有一點(diǎn)需要提一下，那就是在執(zhí)行這些功能的時(shí)候，使用FPGA并不需要像使用CPU那樣需要操作系統(tǒng)和相應(yīng)的軟件。這部分的營(yíng)收占了Altera營(yíng)收的44％，總額為8．35億美元。
Altera另外的22％收入，即4．18億美元，來(lái)自工業(yè)控制、軍事設(shè)備和汽車(chē)制造等領(lǐng)域。他們面對(duì)相同的困境，因此選擇FPGA來(lái)處理他們的一些工作負(fù)載。
其實(shí)早在2014年，英特爾看中了價(jià)值1150億美元的各種類(lèi)型的芯片潛在市場(chǎng)。當(dāng)中可編輯邏輯設(shè)備（以FPGA為主）約占4％，ASIC占18％，其余為ASSP的大雜燴。
在可編輯邏輯設(shè)備的領(lǐng)域中，英特爾預(yù)估Altera占有48億美元市場(chǎng)中的39％，Xilinx占有49％，剩下供應(yīng)商則占據(jù)剩下的12％。
當(dāng)時(shí)英特爾沒(méi)有收購(gòu)Altera的原因是因?yàn)镕PGA業(yè)務(wù)的增長(zhǎng)速度幾乎與其數(shù)據(jù)中心集團(tuán)（為服務(wù)器，存儲(chǔ)和交換機(jī)制造商提供芯片，芯片組和主板）的速度一樣快。
再者，英特爾沒(méi)有這樣做也是因?yàn)槟柖芍饾u緩慢下來(lái)的腳步，給FPGA帶來(lái)了日益增長(zhǎng)的競(jìng)爭(zhēng)威脅。
實(shí)際上，如果應(yīng)用的話(huà)，在數(shù)據(jù)中心里不止安裝一個(gè)FPGA、GPU或DSP加速器，但不需要安裝多個(gè)Xeon CPU。由于英特爾不能繼續(xù)為Xeons提供更多的核心和加速器，所以他們得出了將FPGA當(dāng)做加速器的結(jié)論。
除非FPGA能在數(shù)據(jù)中心創(chuàng)造5億美元的收益，或者幾年后創(chuàng)造10億美元或更多的收入。不然英特爾寧愿犧牲兩至三倍的Xeon收入，也不會(huì)把Xeon的收入拱手相讓。
深度學(xué)習(xí)加持，F(xiàn)PGA前景可人
根據(jù)英特爾的預(yù)測(cè)，他們計(jì)劃從現(xiàn)在到2023年以接近直線(xiàn)增長(zhǎng)率來(lái)提升FPGA的業(yè)務(wù)。對(duì)此我們總是抱有懷疑的態(tài)度。但FPGA業(yè)務(wù)隨著時(shí)間的推移或多或少地在增長(zhǎng)（比15年前增長(zhǎng)約2．5倍）。
英特爾還預(yù)計(jì)，F(xiàn)PGA的營(yíng)收在2014年到2023年之間將會(huì)再翻一倍。按照英特爾預(yù)測(cè)，從2014年到2023年間其復(fù)合年增長(zhǎng)率為7％，其收入應(yīng)該略低于預(yù)測(cè)的89億美元。有趣的是，由于英特爾的預(yù)測(cè)并沒(méi)有把來(lái)自數(shù)據(jù)計(jì)算中心（服務(wù)器，交換和網(wǎng)絡(luò)）的FPGA收入份額納入計(jì)劃中，這將會(huì)發(fā)生很大變化。讓我們分析一下：
如果Altera和Xilinx的市場(chǎng)份額沒(méi)有發(fā)生改變，且假設(shè)Altera的收入在網(wǎng)絡(luò)，計(jì)算和存儲(chǔ)的部分保持不變，那么Altera這一部分的業(yè)務(wù)收入到2023年將會(huì)達(dá)到5．6億美元左右。我們認(rèn)為Intel這樣的數(shù)據(jù)低估了數(shù)據(jù)中心在提供更有效和靈活計(jì)算所面對(duì)的壓力。不給過(guò)我們認(rèn)為FPGA的前景遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于這個(gè)預(yù)測(cè)。也就是說(shuō)，許多FPGA技術(shù)的支持者一直期待FPGA在數(shù)據(jù)中心中獲得計(jì)算合法化的那天很快到來(lái)。
諷刺的是，英特爾本身作為FPGA的編程專(zhuān)家，硬件描述語(yǔ)言的使用者，以及知名的ASIC制造商，竟成為推動(dòng)FPGA成為加速器優(yōu)先選擇的主要參與者。這樣的加速器既能作為獨(dú)立的離散計(jì)算元件，又可以作為混合 CPU－FPGA器件。
這也是為什么從2016年以來(lái)，我們看到所有關(guān)于Altera的新聞都是昭示FPGA將會(huì)有的大規(guī)模增的增長(zhǎng)。所以至少在短期，他們除了為其他的FPGA制造商作嫁衣裳，幾乎別無(wú)他法。
這次收購(gòu)不僅是FPGA發(fā)展的里程碑，也是英特爾對(duì)FPGA巨大的潛力的承認(rèn)。FPGA作為未來(lái)強(qiáng)大的計(jì)算加速器，不但影響主要企業(yè)的決策和市場(chǎng)趨勢(shì)，而且加速企業(yè)中的工作負(fù)載，促進(jìn)超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心的內(nèi)部搜索，以及提高高性能計(jì)算模擬的地位。
在跨越2017年之際，F(xiàn)PGA在應(yīng)用程序中等級(jí)中新增了機(jī)器學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)，這給FPGA產(chǎn)業(yè)敲下了又一重錘。
我們知道，相對(duì)于專(zhuān)業(yè)的ASIC，F(xiàn)PGA有上市時(shí)間和成本上的優(yōu)勢(shì)。另外，在大多數(shù)情況下，F(xiàn)PGA執(zhí)行某些功能較之CPU上的軟件操作更高效。這就是為什么我們認(rèn)為它不但會(huì)運(yùn)用在數(shù)據(jù)中心的服務(wù)器、交換器、存儲(chǔ)層的各個(gè)角落，并且具有加速整個(gè)工作流程的功能。
然而我們不能過(guò)分樂(lè)觀，尤其是在2015年12月，Intel以167億美元收購(gòu)了FPGA生產(chǎn)商Altera之后。
在2014年年底，當(dāng)時(shí)還處于獨(dú)立的Altera公司高層盯上了基于CPU＋FPGA的數(shù)據(jù)中心并行計(jì)算的發(fā)展前景——這個(gè)當(dāng)時(shí)價(jià)值大約10億美元的市場(chǎng)。而并非數(shù)據(jù)中心里約2．5億美元的CPU－GPU市場(chǎng)和直接應(yīng)用CPU處理器的90億美元市場(chǎng)。
Altera做出這個(gè)決定的原因在于他們認(rèn)為這個(gè)組合較之另外兩個(gè)方案，有編程的簡(jiǎn)便性和能效優(yōu)勢(shì)。人們對(duì)CPU非常熟悉，并發(fā)現(xiàn)尋找C程序員也不會(huì)太難。因此對(duì)大部分開(kāi)發(fā)者來(lái)說(shuō)，在執(zhí)行運(yùn)算任務(wù)的時(shí)候，持續(xù)使用這種方案不需要冒太大的風(fēng)險(xiǎn)，但是能源效率相對(duì)比較低，尤其是在密集的計(jì)算和固有的并行工作負(fù)載的情況底下。
至于CPU＋GPU的方案，程序員并不是很熟悉，但是擁有很高的效率。
根據(jù)Altera的估計(jì)，使用OpenCL對(duì)混合CPU－FPGA系統(tǒng)進(jìn)行編程比使用Nvidia的CUDA環(huán)境對(duì)于程序員來(lái)說(shuō)更容易（某些方面肯定是有爭(zhēng)議的），但用HDL來(lái)硬編程FPGA是相當(dāng)困難的，因此需要OpenCL或者通過(guò)其他抽象層來(lái)將CPU中的負(fù)載轉(zhuǎn)移到FPGA上。
Intel收購(gòu)Altera改變FPGA格局
這個(gè)十億美元的數(shù)據(jù)中心市場(chǎng)被Altera、Xilinx和其他FPGA供應(yīng)商瓜分。在Intel于2015年6月收購(gòu)了Altera之后，這個(gè)市場(chǎng)變得更加復(fù)雜。
在收購(gòu)之前的2014年，Altera的19億美元收入中，有16％來(lái)自于與數(shù)據(jù)中心相關(guān)的計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)和存儲(chǔ)業(yè)務(wù)，其總值達(dá)到3．04億美元。那些在這個(gè)領(lǐng)域深耕十幾二十年的通信和無(wú)線(xiàn)設(shè)備系統(tǒng)制造商想要有更高的能源效率，更低的成本和更高的擴(kuò)展性，這些都是FPGA所擅長(zhǎng)的領(lǐng)域。另外有一點(diǎn)需要提一下，那就是在執(zhí)行這些功能的時(shí)候，使用FPGA并不需要像使用CPU那樣需要操作系統(tǒng)和相應(yīng)的軟件。這部分的營(yíng)收占了Altera營(yíng)收的44％，總額為8．35億美元。
Altera另外的22％收入，即4．18億美元，來(lái)自工業(yè)控制、軍事設(shè)備和汽車(chē)制造等領(lǐng)域。他們面對(duì)相同的困境，因此選擇FPGA來(lái)處理他們的一些工作負(fù)載。
其實(shí)早在2014年，英特爾看中了價(jià)值1150億美元的各種類(lèi)型的芯片潛在市場(chǎng)。當(dāng)中可編輯邏輯設(shè)備（以FPGA為主）約占4％，ASIC占18％，其余為ASSP的大雜燴。
在可編輯邏輯設(shè)備的領(lǐng)域中，英特爾預(yù)估Altera占有48億美元市場(chǎng)中的39％，Xilinx占有49％，剩下供應(yīng)商則占據(jù)剩下的12％。
當(dāng)時(shí)英特爾沒(méi)有收購(gòu)Altera的原因是因?yàn)镕PGA業(yè)務(wù)的增長(zhǎng)速度幾乎與其數(shù)據(jù)中心集團(tuán)（為服務(wù)器，存儲(chǔ)和交換機(jī)制造商提供芯片，芯片組和主板）的速度一樣快。
再者，英特爾沒(méi)有這樣做也是因?yàn)槟柖芍饾u緩慢下來(lái)的腳步，給FPGA帶來(lái)了日益增長(zhǎng)的競(jìng)爭(zhēng)威脅。
實(shí)際上，如果應(yīng)用的話(huà)，在數(shù)據(jù)中心里不止安裝一個(gè)FPGA、GPU或DSP加速器，但不需要安裝多個(gè)Xeon CPU。由于英特爾不能繼續(xù)為Xeons提供更多的核心和加速器，所以他們得出了將FPGA當(dāng)做加速器的結(jié)論。
除非FPGA能在數(shù)據(jù)中心創(chuàng)造5億美元的收益，或者幾年后創(chuàng)造10億美元或更多的收入。不然英特爾寧愿犧牲兩至三倍的Xeon收入，也不會(huì)把Xeon的收入拱手相讓。
深度學(xué)習(xí)加持，F(xiàn)PGA前景可人
根據(jù)英特爾的預(yù)測(cè)，他們計(jì)劃從現(xiàn)在到2023年以接近直線(xiàn)增長(zhǎng)率來(lái)提升FPGA的業(yè)務(wù)。對(duì)此我們總是抱有懷疑的態(tài)度。但FPGA業(yè)務(wù)隨著時(shí)間的推移或多或少地在增長(zhǎng)（比15年前增長(zhǎng)約2．5倍）。
英特爾還預(yù)計(jì)，F(xiàn)PGA的營(yíng)收在2014年到2023年之間將會(huì)再翻一倍。按照英特爾預(yù)測(cè)，從2014年到2023年間其復(fù)合年增長(zhǎng)率為7％，其收入應(yīng)該略低于預(yù)測(cè)的89億美元。有趣的是，由于英特爾的預(yù)測(cè)并沒(méi)有把來(lái)自數(shù)據(jù)計(jì)算中心（服務(wù)器，交換和網(wǎng)絡(luò)）的FPGA收入份額納入計(jì)劃中，這將會(huì)發(fā)生很大變化。讓我們分析一下：
如果Altera和Xilinx的市場(chǎng)份額沒(méi)有發(fā)生改變，且假設(shè)Altera的收入在網(wǎng)絡(luò)，計(jì)算和存儲(chǔ)的部分保持不變，那么Altera這一部分的業(yè)務(wù)收入到2023年將會(huì)達(dá)到5．6億美元左右。我們認(rèn)為Intel這樣的數(shù)據(jù)低估了數(shù)據(jù)中心在提供更有效和靈活計(jì)算所面對(duì)的壓力。不給過(guò)我們認(rèn)為FPGA的前景遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于這個(gè)預(yù)測(cè)。也就是說(shuō)，許多FPGA技術(shù)的支持者一直期待FPGA在數(shù)據(jù)中心中獲得計(jì)算合法化的那天很快到來(lái)。
諷刺的是，英特爾本身作為FPGA的編程專(zhuān)家，硬件描述語(yǔ)言的使用者，以及知名的ASIC制造商，竟成為推動(dòng)FPGA成為加速器優(yōu)先選擇的主要參與者。這樣的加速器既能作為獨(dú)立的離散計(jì)算元件，又可以作為混合 CPU－FPGA器件。
這也是為什么從2016年以來(lái)，我們看到所有關(guān)于Altera的新聞都是昭示FPGA將會(huì)有的大規(guī)模增的增長(zhǎng)。所以至少在短期，他們除了為其他的FPGA制造商作嫁衣裳，幾乎別無(wú)他法。
這次收購(gòu)不僅是FPGA發(fā)展的里程碑，也是英特爾對(duì)FPGA巨大的潛力的承認(rèn)。FPGA作為未來(lái)強(qiáng)大的計(jì)算加速器，不但影響主要企業(yè)的決策和市場(chǎng)趨勢(shì)，而且加速企業(yè)中的工作負(fù)載，促進(jìn)超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心的內(nèi)部搜索，以及提高高性能計(jì)算模擬的地位。
在跨越2017年之際，F(xiàn)PGA在應(yīng)用程序中等級(jí)中新增了機(jī)器學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)，這給FPGA產(chǎn)業(yè)敲下了又一重錘。
首先，在2016年第二季度英特爾財(cái)務(wù)聲明會(huì)上，Krzanich承諾，英特爾將加強(qiáng)對(duì)目前使用Altera的ARM－FPGA芯片客戶(hù)的支持。
Waxman進(jìn)一步澄清：“我們的觀點(diǎn)是會(huì)以某種形式把FPGA集成到Xeon里。我們已經(jīng)公開(kāi)宣布將會(huì)打造第一代使用這種單一封裝的設(shè)備，但是我們將根據(jù)進(jìn)展情況調(diào)整方向，甚至可能會(huì)在同一個(gè)die上實(shí)現(xiàn)。我們將根據(jù)客戶(hù)的反饋了解什么是正確的組合。
順便說(shuō)一下，我仍然期待看到?jīng)]有集成的系統(tǒng)，保持他們會(huì)做系統(tǒng)級(jí)的協(xié)同。我們不會(huì)將Xeon與FPGA以多種方式組合集成，反之我們會(huì)在市場(chǎng)上找到正確的目標(biāo)和平衡。”
編程問(wèn)題首當(dāng)其沖
雖然Altera的工具集利用OpenCL編程模型獲得應(yīng)用程序代碼，并將其轉(zhuǎn)換為RTL（FPGA的原生語(yǔ)言），但是有趣的是，英特爾并不認(rèn)為FPGA在數(shù)據(jù)中心的未來(lái)成功是基于OpenCL與RTL工具集成的改進(jìn)或更廣泛地采用OpenCL。
Waxman也強(qiáng)調(diào)地說(shuō)：“這并不是以O(shè)penCL為基礎(chǔ)的?！彪m然我們確實(shí)把OpenCL看作是進(jìn)一步擴(kuò)大FPGA應(yīng)用范圍的一個(gè)途徑，但目前FPGA的初始云端部署可能由更具能力的公司完成，但他們并沒(méi)有要求我們提供OpenCL。Waxman補(bǔ)充說(shuō)。
Waxman在不能“自由”地談?wù)摰那闆r下，暗示英特爾有計(jì)劃使FPGA更容易編程。他表示Intel將會(huì)為程序員提供RTL庫(kù)，方便他們調(diào)用在FPGA上部署的例程，并推動(dòng)在其上執(zhí)行應(yīng)用程序的gate的形成，來(lái)實(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序例程的gate，而不是讓他們自己創(chuàng)建例程。這有一定的意義，與Convey（現(xiàn)在是美光科技的一個(gè)部門(mén)）幾年前用FPGA加速系統(tǒng)處理的方案一樣。
Waxman說(shuō)：“我認(rèn)為有一個(gè)連續(xù)的加速。在一開(kāi)始，你可能不知道你正在試圖加速什么，只是做了一些嘗試，因此在這個(gè)階段加速，你想要的是一個(gè)更通用的目的。當(dāng)你開(kāi)始真正地想要加速的時(shí)候，你會(huì)想要更高效的，更低的功耗和更少的空間，這時(shí)你就會(huì)把焦點(diǎn)移到FPGA上。”
Waxman還引用了Microsoft在其“Catapult”系統(tǒng)上使用FPGA加速的方案來(lái)說(shuō)明。
該系統(tǒng)采用其Open Cloud Server并添加FPGA夾層卡作為加速器。我們?cè)?月份研究了這個(gè)項(xiàng)目，將這些加速器應(yīng)用在Google上執(zhí)行相同的圖像識(shí)別訓(xùn)練算法，得出的結(jié)果顯示，25瓦的FPGA器件相對(duì)于使用Nvidia Tesla K20 GPU加速器（235瓦特）的服務(wù)器，提高了更好的性能／瓦特。
正如我們所說(shuō)，我們對(duì)于微軟和Google發(fā)布的性能數(shù)據(jù)毫無(wú)疑問(wèn)。但是對(duì)分立的GPU或FPGA執(zhí)行應(yīng)用性能和對(duì)自身的熱配置文件進(jìn)行測(cè)量都是不公平的。你必須在服務(wù)器節(jié)點(diǎn)級(jí)別上看到這一點(diǎn)。
如果意識(shí)到這點(diǎn)，得到FPGA輔助的Microsoft服務(wù)器在系統(tǒng)級(jí)只稍稍領(lǐng)先于用Tesla K20s的Google服務(wù)器。（這些只是我們基于每秒每瓦特圖像處理性能的估計(jì)）。在這個(gè)對(duì)比中，Microsoft應(yīng)該不考慮成本。而且坦白說(shuō)，不同于什么都配備的Tesla GPU，微軟開(kāi)放云端服務(wù)器并沒(méi)有使用Juice或Cooling。真正的評(píng)測(cè)怎么都會(huì)使用GPU夾層卡，同時(shí)還需要考慮熱量，性能和價(jià)格等因素。
但是Waxman討論的重點(diǎn)仍然是那個(gè)。“在某個(gè)時(shí)候，你真的很想要那個(gè)能給你驚喜，并且能做到更低功耗的方案。而這就是我們的FPGA方案所擅長(zhǎng)的方面?！?/p>
云端業(yè)務(wù)
最后要考慮的是英特爾的云端業(yè)務(wù)。這些客戶(hù)現(xiàn)在占據(jù)了他們數(shù)據(jù)中心集團(tuán)收入的25％。
整體來(lái)看，他們的購(gòu)買(mǎi)量每年增長(zhǎng)約25％。預(yù)計(jì)從2016年開(kāi)始，未來(lái)幾年整體數(shù)據(jù)中心集團(tuán)業(yè)務(wù)都將增長(zhǎng)15％。讓我們做一些計(jì)算。
如果英特爾的計(jì)劃如期實(shí)施，他的數(shù)據(jù)中心集團(tuán)2016年收益將會(huì)達(dá)到166億美元。云端服務(wù)提供商（其中包括在The Next Platform上使用我們的語(yǔ)言的云端構(gòu)建者和超大規(guī)模計(jì)算者）占大約41億美元，其余歸屬于英特爾數(shù)據(jù)中心，銷(xiāo)售數(shù)據(jù)大約為125億美元。因此，英特爾數(shù)據(jù)中心的業(yè)務(wù)增長(zhǎng)在12％左右（除云端外），是云端速率的一半。英特爾需要以任何方式來(lái)滿(mǎn)足云端的增長(zhǎng)和明顯的FPGA需求，即使它只占用Xeon容量的一點(diǎn)點(diǎn)。對(duì)于英特爾來(lái)說(shuō)是這個(gè)的選擇比讓GPU加速持續(xù)增長(zhǎng)的方案要好。
編程方面可能是阻礙FPGA被廣泛采用的一個(gè)主因（不像其他加速器，具有豐富的開(kāi)發(fā)生態(tài)系統(tǒng)，如Nvidia GPU的CUDA）。這就驅(qū)動(dòng)程序員去基于C語(yǔ)言去做擴(kuò)展設(shè)計(jì)，或使用OpenCL，而不是用過(guò)去困擾FPGA開(kāi)發(fā)的低級(jí)模型。但即使在應(yīng)用的過(guò)程中有這么多里程碑，F(xiàn)PGA仍然不被主流青睞。我們將會(huì)探索解決編程問(wèn)題的方法和機(jī)會(huì)。
雖然我們已經(jīng)與這個(gè)相對(duì)較小的生態(tài)系統(tǒng)中的許多供應(yīng)商（包括Altera和Xilinx，兩個(gè)主要供應(yīng)商）進(jìn)行了交流，但按照FPGA長(zhǎng)期研究員Russell Tessier所說(shuō)，F(xiàn)PGA在更廣闊的市場(chǎng)上大展拳腳的日子還在前面，新的發(fā)展意味著更廣泛的采用。
他在馬薩諸塞大學(xué)（他還在Altera工作，并且Mentor Graphics收購(gòu)的虛擬機(jī)工程的創(chuàng)始人）研究了FPGA二十多年，他認(rèn)為FPGA從科學(xué)項(xiàng)目到企業(yè)應(yīng)用的形勢(shì)正式緩變化。他認(rèn)為其中的關(guān)鍵是來(lái)自于設(shè)計(jì)工具的改進(jìn)，設(shè)計(jì)人員不斷提高他們?cè)O(shè)計(jì)高水平。除此與外，工具vendor可以更好地引導(dǎo)芯片發(fā)展。他補(bǔ)充說(shuō)，設(shè)備內(nèi)的大量邏輯量意味著用戶(hù)能夠?qū)崿F(xiàn)更多的功能，這使得FPGA對(duì)更多領(lǐng)域更廣泛的吸引力。
Tessier說(shuō)：“在過(guò)去幾年里，F(xiàn)PGA的一個(gè)明顯趨勢(shì)就是這些設(shè)備更容易“程序化”。
Xilinx目前鼓勵(lì)使用其Vivado產(chǎn)品的時(shí)候，用C語(yǔ)言進(jìn)行設(shè)計(jì)。Altera還有一個(gè)已經(jīng)開(kāi)發(fā)的OpenCL環(huán)境。關(guān)鍵是兩家公司都在試圖創(chuàng)建一個(gè)環(huán)境，讓用戶(hù)可以使用更熟悉的編程（如C和OpenCL），而不必是使用RTL設(shè)計(jì)專(zhuān)家所擅長(zhǎng)的Verilog或VHDL。雖然在過(guò)去幾年里取得不錯(cuò)的成績(jī)，但這仍然處于推進(jìn)的階段，不過(guò)這將有助于把更多的事情地移入主流。
其中一個(gè)對(duì)FPGA真正有利的因素就是如果將其和芯片搭配使用，建立一個(gè)快速的內(nèi)部互聯(lián)，它能解決memory和數(shù)據(jù)移動(dòng)中的限制。這種優(yōu)勢(shì)就是吸引Intel收購(gòu)Altera的主要誘因。另外，如果像英特爾和IBM這樣的大公司能夠積極推動(dòng)FPGA的軟件生態(tài)系統(tǒng)的建設(shè)，其應(yīng)用市場(chǎng)將會(huì)迅速擴(kuò)張。FPGA的主流化（至少現(xiàn)在沒(méi)有GPU那么重要，）可能會(huì)更快地出現(xiàn)。
Tessier解釋?zhuān)骸皹?biāo)準(zhǔn)核心處理器集成的增加肯定是關(guān)鍵所在。過(guò)去的障礙是語(yǔ)言和工具，隨著這些障礙越來(lái)越少，為芯片供應(yīng)商新的合作機(jī)會(huì)打開(kāi)了一扇門(mén)。由于這些和其他“主流化”趨勢(shì)出現(xiàn)，不斷做出的改變的FPGA的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒗^續(xù)增長(zhǎng)。例如，金融服務(wù)商店是第一個(gè)使用FPGA進(jìn)行財(cái)務(wù)趨勢(shì)和股票選擇分析的用戶(hù)，但使用案例正在擴(kuò)大?，F(xiàn)在有更強(qiáng)的設(shè)備可以解決更大的問(wèn)題。
更廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域
除此之外，F(xiàn)PGA通過(guò)的其他新領(lǐng)域發(fā)現(xiàn)新用途，包括DNA測(cè)序，安全性，加密和一些關(guān)鍵的機(jī)器學(xué)習(xí)任務(wù)。
當(dāng)然，我們希望FPGA變得強(qiáng)大，并“進(jìn)入”世界上最大的云端和超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心，Xilnix數(shù)據(jù)中心部門(mén)副總裁Hamant Dhulla對(duì)此表示強(qiáng)烈贊同。他在2016年初，他告訴The Next Platform， “異構(gòu)計(jì)算已經(jīng)不再是一種趨勢(shì)，而是現(xiàn)實(shí)”，也就是在那個(gè)時(shí)候，微軟推出了使用FPGA的Catapult案例（現(xiàn)在就很多或以后會(huì)很多），英特爾收購(gòu)了Altera以及看到了更多FPGA將廣泛應(yīng)用在數(shù)據(jù)中心的聲明。
從機(jī)器學(xué)習(xí)，高性能計(jì)算，數(shù)據(jù)分析等領(lǐng)域，F(xiàn)PGA在更多樣化的應(yīng)用領(lǐng)域中嶄露頭角。這些都與FPGA上嵌入了越來(lái)越多可用的on－chip存儲(chǔ)器有關(guān)，這些都是FPGA制造商和潛在終端用戶(hù)所期待的。 Dhulla表示，市場(chǎng)潛力足夠大，讓Xilinx能夠調(diào)整其業(yè)務(wù)的方式。 過(guò)去幾年，存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)主導(dǎo)了FPGA用戶(hù)群。但未來(lái)五年內(nèi)，計(jì)算端的需求將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)，并都將沿著穩(wěn)定的增長(zhǎng)線(xiàn)繼續(xù)發(fā)展。
在FPGA其他的熱門(mén)領(lǐng)域（包括機(jī)器學(xué)習(xí)），它們的更像是一個(gè)帶有GPU 的“協(xié)作”加速器。毫無(wú)疑問(wèn)，對(duì)于許多機(jī)器學(xué)習(xí)工作負(fù)載的訓(xùn)練部分，GPU是主要的。因此為這里需要很多計(jì)算能力，就像HPC一樣，其中power envelope tradeoff值得的。但是這些客戶(hù)購(gòu)買(mǎi)了數(shù)十或數(shù)百個(gè)GPU，而不是數(shù)十萬(wàn)個(gè)，龐大的加速器數(shù)目正使用在機(jī)器學(xué)習(xí)pipeline的推理部分，這就是市場(chǎng)所在。
正如我們指出的，Nvidia正在使用兩個(gè)獨(dú)立的GPU（用M4來(lái)訓(xùn)練，更低功耗的M4插入來(lái)削減服務(wù)器）來(lái)抵消這一點(diǎn)，但Dhulla認(rèn)為FPGA仍然能夠通過(guò)采用PCIe方法降低功耗，也可以嵌入超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心。
他們的SDAccel編程環(huán)境通過(guò)提供對(duì)C，C ＋＋和OpenCL的高級(jí)接口，使其更實(shí)用，但是推動(dòng)超大規(guī)模和HPC采用的真正途徑是通過(guò)最終用戶(hù)示例。
當(dāng)涉及到這些早期的用戶(hù)，就像為下一代的FPGA的應(yīng)用搭建了舞臺(tái)，Dhulla指向像Edico Genome這樣的公司。Xilinx目前還與其他領(lǐng)域的客戶(hù)合作，包括石油和天然氣和金融方面的歷史計(jì)算方面。早期客戶(hù)將Xilinx 的FPGA應(yīng)用在機(jī)器學(xué)習(xí)，圖像識(shí)別和分析以及安全性方面，這可以看作他們計(jì)算加速業(yè)務(wù)發(fā)展的第一步。
盡管雙精度性能和總體價(jià)格不佳，F(xiàn)PGA的真正的大規(guī)模應(yīng)用機(jī)會(huì)在于云端。因?yàn)镕PGA可以提供GPU所不能提供的優(yōu)勢(shì)。如果FPGA供應(yīng)商能夠說(shuō)服其最終用戶(hù)，他們的加速器可以提供相當(dāng)大的性能提升（在某些情況下他們會(huì)這樣做）給關(guān)鍵的工作負(fù)載。提供一個(gè)通過(guò)帶有其他加速器（例如CUDA）的complexity－wise的編程環(huán)境推進(jìn)OpenCL開(kāi)發(fā)，通過(guò)在云端中提供FPGA來(lái)解決價(jià)格問(wèn)題。這可能是一個(gè)新的希望。
當(dāng)然，這種希望來(lái)源于將FPGA部署到有超密集服務(wù)器云端架構(gòu)內(nèi)，而不是在單機(jī)的銷(xiāo)售上。這種模式已經(jīng)在FPGA的金融服務(wù)中發(fā)生。
正如他們GPU加速器“伙伴”圍繞深度學(xué)習(xí)進(jìn)行拉動(dòng)，以便迅速得到更多的用戶(hù)， FPGA設(shè)備在探索一個(gè)通過(guò)解決神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和深度學(xué)習(xí)的問(wèn)題的方式找尋入侵市場(chǎng)的真正的機(jī)會(huì)。
新的應(yīng)用程序主機(jī)意味著新的市場(chǎng)，隨著云端應(yīng)用的推廣消除了一些管理開(kāi)銷(xiāo)，它可能意味著更廣泛的采用。FPGA供應(yīng)商努力推動(dòng)它在一些關(guān)鍵的機(jī)器學(xué)習(xí)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和搜索方面的應(yīng)用。FPGA在諸如自然語(yǔ)言處理，醫(yī)學(xué)成像，深度數(shù)據(jù)檢測(cè)等領(lǐng)域中的超大規(guī)模上下文中變得越來(lái)越普遍。
在過(guò)去一年里，F(xiàn)PGA的多種應(yīng)用得到曝光，特別是在深度學(xué)習(xí)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，以及圖像識(shí)別和自然語(yǔ)言處理等領(lǐng)域。例如，微軟使用FPGA在1，632個(gè)節(jié)點(diǎn)上提供2倍的搜索服務(wù)，并采用創(chuàng)新的高吞吐量網(wǎng)絡(luò)來(lái)支持Altera FPGA驅(qū)動(dòng)的工作。中國(guó)的搜索引擎巨頭百度（也是許多深度學(xué)習(xí)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)任務(wù)GPU用戶(hù)）正在用FPGA執(zhí)行存儲(chǔ)控制，其每天的數(shù)據(jù)吞吐量在100TB到1PB之間。
使用FPGA的大規(guī)模數(shù)據(jù)中心和其他領(lǐng)域的應(yīng)用正在吸引人們對(duì)FPGA的單精度浮點(diǎn)性能的更多關(guān)注。
雖然一些案例使用（包括百度示例），將GPU作為計(jì)算加速器和FPGA用在存儲(chǔ)端，但Altera，Xilnix，Nallatech和IBM的研究人員在OpenPower聯(lián)盟展示了FPGA在云端深度學(xué)習(xí)的光明前景。
可以說(shuō)現(xiàn)在屬于FPGA的一個(gè)黃金時(shí)代。