电子产品世界

数据中心加速器的芯片市场预测

数据中心市场的加速芯片主要包括CPU、GPU、FPGA和ASIC等。据Semico Research于2019年5月的预测，从2018年到2023年的5年间，数据中心加速器市场预计将从28.4亿美元增长211.9亿美元，年均增长率为49.47%。其中，FPGA预计将是年均增长率最高的细分市场（如下图），该增长将由企业级工作负载加速应用驱动。

数据加速可以分成计算、网络和存储三大类。有一部分是GPU可以做的，但是另外很大一部分更适合于用FPGA来做加速。

业界普遍认为的性能对比显示，相比于传统CPU，FPGA提升的性能是10~100倍，倍数变化主要来自不同的应用。不仅如此，在提高性能的同时，FPGA的功耗也会大幅降低。

从市场上来看，这几年FPGA加速卡的应用越来越多。从下图右可以看出，FPGA加速卡和服务器是新的技术，目前正处于上升期。

业界的Tier 1客户，诸如亚马逊和微软的数据中心在二三年前就已经把FPGA加速方案用到他们的数据中心。只不过因为他们是Tier 1，工程师资源和软件都有雄厚的实力，所以可以把芯片直接做进服务器主板里，即嵌入到他们的硬件系统中。但是对于很多Tier 2和Tier 3的OEM（生产商），或一些小型的数据中心及纯做软件的客户，并不具备这样的工程资源，所以可以通过采购基于标准的PCIe接口的FPGA加速卡，快速地部署到自己的业务和应用中。

数据中心部署FPGA加速方案有很多好处。①效率方面，FPGA相对于GPU和CPU有更高的能效比。②FPGA可以根据客户的特殊需求重新配置。③FPGA加速卡可以快速部署，使客户的实验室应用快速地推向市场，而无需把更多的精力和资源放在底层的开发上。④对于hyperscaler（超大规模厂商），也可以做大规模的部署。

采用Speedster7t独立FPGA芯片的VectorPath加速卡

2019年10月，基于FPGA的数据加速器件和高性能嵌入式FPGA（eFPGA）半导体知识产权（IP）的领导性企业Achronix半导体公司，与Molex旗下的一家领先企业级FPGA加速器产品供应商BittWare联合宣布：推出面向高性能计算和数据加速应用的FPGA加速卡。

新推出的VectorPath S7t-VG6加速卡搭载了Achronix采用7nm工艺打造的Speedster7tAC7t1500独立FPGA芯片，它在同类PCIe FPGA加速卡中，提供了目前业界最高性能的接口。这些高性能接口包括1x400GbE和2x100GbE接口，以及总带宽为4Tbps的8组GDDR6的板上存储器，使该加速卡成为高带宽数据加速应用的理想选择。

为此，Achronix市场营销副总裁Steve Mensor和Molex副总裁Sam Bichara向电子产品世界记者介绍了其特色。

图 从左至右：Achronix市场营销副总裁Steve Mensor，Molex副总裁Sam Bichara

VectorPath加速卡是基于Achronix新一代的7t的高性能，针对高带宽优化的一个FPGA。优势有两点：①二维的高速片上网络，②针对人工智能、机器学习优化的MLR单元（如下图）。

因此，数据中心开发人员可以不用关注硬件，只要采用现成可用的硬件，加上自己的软件、算法就可实现应用，这样就可以大大加速部署和开发。

Achronix的合作伙伴BittWare非常有实力：有约30年的FPGA加速卡的设计和生产制造经验，于2018年被Molex收购，成为更大规模公司——Molex的子公司，可以充分利用Molex更广阔的技术支持和销售团队服务客户。

VetcorPath加速卡所具有的功能

VectorPath加速卡系专为高性能和高带宽数据应用而设计，具有以下硬件功能：400GbE QSFP-DD和100GbE QSFP56接口；8组GDDR6存储器可提供4 Tbps的总带宽；1组带有错误检查和纠正（ECC）功能的、运行频率为2666MHz的DDR4存储器；Speedster7t FPGA芯片集成了带宽为20 Tbps的二维片上网络（NoC）；692K的6输入查找表（LUT）；40K Int8 MAC提供高于80 TOps的算力；OCuLink – 用于连接扩展卡的4通道PCIe Gen 4连接器。

VectorPath加速卡包括一整套Achronix的ACE开发工具，以及BittWare的基板管理控制器和开发工具包，其中包括API、PCIe驱动程序、诊断自测和应用示例设计，以提供快速的、开箱即用的体验。

TeraBox FPGA服务器

TeraBox是基于FPGA的服务器（如下图）。在过去BittWare注意到，客户在买独立的FPGA芯片，或者是基于FPGA板卡的加速卡时，独立的板卡放在服务器中进行设计，但是对于很多Tier 2、Tier 3甚至更小的客户，没有时间、精力以及工程资源去把FPGA卡给集成到服务器中，因此有一部分客户需要更高的集成，这样客户只需简单的配置就可以应用起来。

TeraBox主要有两大类客户，一类是有特殊需求的客户，他需要把上层软件快速部署到业务中，或客户需要快速地去展示他们的软件。另一类是对于一些IT经理，他的技术水准不是那么深，因此无需关注底层，还可以降低风险，同时可以简单部署，缩短整个业务的上线时间。

采购TeraBox的另一优势是：传统的FPGA加速卡，一般只提供一年的质保和技术服务，但是服务器一般是3年。

与竞品的差异化

除了Achronix之外，另外两大FPGA厂商此前已推出了加速卡；2019年下半年，两大FPGA厂商忙于发布各自的“统一软件开发平台”，Achronix有类似的软件平台产品吗？

实际上，竞品的芯片不仅有FPGA、处理器（Arm SoC），还有另外的处理器（例如AI引擎）等。例如AI引擎，X公司的AI引擎底层是Synopsys公司的矢量处理器，但是这种矢量处理器跟Arm CPU是不同架构的处理器，再加上外部的高速接口，客户要面对3种不同的硬件底层。

“统一软件平台”从表面上看是用同一个软件的思维去开发，但是作为开发者，处理数据时要考虑哪部分放在FPGA里，哪部分放在CPU里，哪部分放在AI引擎/矢量处理器；另外要考虑互相之间的数据怎样去流动，而不是只是简单的有一个工具让你去用。因此，怎样让设计者很好地利用你的架构，对于软件工程师是非常有挑战的。

对于Achronix而言，走的是另外一个方向：对传统的FPGA做了很多优化，诸如二维的高速网络；另外，为了提高算力，虽然名字叫机器学习处理器（MLP），但它不是处理器，它实际上最底层是一种乘累加阵列（MAC，如下图），是硬件。所以所有底层的思维还是硬件的思维。

图 MLP架构：专为计算密集的人工智能/机器学习（AI/ML）应用而优化的Speedster7t

当然Achronix也有开发工具，但是整个底层架构是硬件架构，没有不同类型的单元。Achronix的开发思路是让原有的FPGA工程师很容易地去用Achronix的平台，而且Achronix的平台性能有大幅的提升，甚至软件工程师通过Achronix的工具也可以很容易去用这个硬件平台。

总之，Achronix的思路是延续传统模式，在传统模式上做进一步的优化。即硬件软件化——有很容易用起来的硬件，好像用软件一样。例如Speedster7t的二维片上网络（如下图），让整个的硬件的设计，更像软件的思维去做。

另外，关于竞品的加速卡，例如I公司，采用的存储是HBM2，而Achronix采用的是GDDR6，特点是速度快，同时价格便宜（相对于目前业界通用的HBM2，价格会便宜很多），而且HBM2实现起来也比较复杂，需要封装到FPGA上，制造也比较困难。

上市时间和售价

VectorPath现在就可以接受订单，预计在2020年第2季度发货到客户。在客户拿到这个加速卡之前，客户现在就可以开始做开发。加速卡的价格是7500美元。

总结

对于数据中心、边缘计算等需要计算加速的领域，整个硬件加速市场正在快速增长，CPU已经赶不上性能的需求，FPGA是一种高效选择。

除了极少数超大数据中心有能力和用量可支撑自己建立FPGA团队，包括硬件团队去开发加速卡以外，绝大部分的Tier 2或Tier 3需要去外部采购加速卡，包括相应的底层软件。因此，FPGA厂商纷纷祭出FPGA加速卡。Achronix和BittWare联手推出了采用Speedster7t独立FPGA芯片的VectorPath加速卡，可以快速部署，简单易用。相比竞品，VectorPath还具有超高性能的特点。

关键词： FPGA 加速卡