（文章來源：鈦媒體APP）

FPGA芯片比CPU更快，比GPU功耗更低、延時更短，且比ASIC更加便宜、周期更短，因此在目前人工智能芯片領(lǐng)域備受青睞。作為FPGA的發(fā)明者，賽靈思本在FPGA硬件領(lǐng)域獨霸天下，穩(wěn)立鰲頭，但隨著2015年英特爾收購了FPGA“老二”Altera之后，局勢發(fā)生了改變。英特爾在Altera技術(shù)的助力下，搶奪賽靈思的奶酪以期在人工智能領(lǐng)域占據(jù)更大市場空間，最近一段時間對于“世界最大FPGA”的爭奪讓雙方的較量更上了一個臺階。

2019年8月下旬，賽靈思發(fā)布了當(dāng)時“世界上最大”的FPGA芯片Virtex UltraScale+ VU19P。這款基于臺積電16nm工藝制造，集成了350億個晶體管的器件，擁有當(dāng)時單器件最高的邏輯密度和I/O數(shù)量，包括超過2000個用戶可編程引腳、900萬可編程邏輯單元、224Mb片上內(nèi)存以及3800個DSP單元，比它的前一代產(chǎn)品——基于20nm工藝的Virtex UltraScale 440 FPGA要大60%。

然而，僅兩個月后，賽靈思“世界最大FPGA”的寶座就被英特爾給搶走了。11月上旬，英特爾宣布推出Stratix10 GX 10M FPGA，成為新的“世界上最大”的FPGA芯片。與賽靈思VU19P的配置相比，英特爾Stratix10 GX 10M基于自家14nm工藝制造，有著433億晶體管、1020萬可編程邏輯單元，以及2304個可編程I/O，幾個方面都完勝VU19P。

眼瞅著風(fēng)頭被搶走，賽靈思方不得不一再強(qiáng)調(diào)，賽靈思才是一直擁有最大容量FPGA產(chǎn)品的一方，三代產(chǎn)品都是如此，“英特爾說它們有著最先進(jìn)的科技或者最大容量的FPGA產(chǎn)品，但是我們還需要看到它真正交付的貨物是什么樣的，是否能給客戶按期交貨”，賽靈思總裁兼首席執(zhí)行官Victor Peng說。

為什么“世界最大FPGA”受到如此重視呢？這一方面是因為超大型FPGA在硬件仿真和原型驗證領(lǐng)域有著不可或缺的作用；另一方面，“世界最大”的名頭是芯片廠商的“肌肉”，誰能制造出這種超大型芯片，就代表誰擁有更復(fù)雜的系統(tǒng)集成和封裝技術(shù)。

賽靈思一直采用的是堆疊硅片互聯(lián)技術(shù)（SSI），這種技術(shù)的主要缺點是多個硅片之間存在硬邊界，它們只能通過硅中間層進(jìn)行互聯(lián)和通信，從而導(dǎo)致明顯的性能瓶頸。在最新的ACAP器件中，賽靈思針對性地進(jìn)行了優(yōu)化。相比之下，英特爾使用的是以嵌入式多管芯互聯(lián)橋接（EMIB）為核心的3D系統(tǒng)級封裝技術(shù)，EMIB沒有引入額外的硅中介層，而是只在兩枚硅片邊緣連接處加入了一條硅橋接層（Silicon Bridge），并重新定制化硅片邊緣的I/O引腳以配合橋接標(biāo)準(zhǔn)。

與SSI相比，EMIB系統(tǒng)制造復(fù)雜度大幅降低，且硅片間傳輸延時大幅減少。EMIB在Stratix 10 FPGA上早有應(yīng)用，例如，在MX系列中，就通過EMIB集成了所謂的“3D堆棧式高帶寬內(nèi)存”（HBM）。此外，EMIB還可以用來連接各類收發(fā)器單元，這種基于EMIB的異構(gòu)集成方式非常靈活，通過芯片集的方式使得相同的FPGA硅片可以搭配不同的收發(fā)器、HBM、CPU等單元，進(jìn)行快速的系統(tǒng)級芯片集成。

最新發(fā)布的Stratix10 GX 10M是英特爾首次將兩個擁有510萬可編程邏輯單元的大型FPGA硅片，通過EMIB相連，由此形成一個超大FPGA。這兩個FPGA硅片通過25920個EMIB數(shù)據(jù)接口進(jìn)行互聯(lián)，其中每個數(shù)據(jù)連接可以提供2Gbps的吞吐量，因此系統(tǒng)整體的通信吞吐量高達(dá)6.5TBps。

發(fā)布這樣的產(chǎn)品，實際上是英特爾在宣布EMIB技術(shù)完全可以處理超高帶寬的吞吐量需求。另外，英特爾FPGA采用的3D系統(tǒng)級封裝技術(shù)對芯片的良率也有較高的要求，因為它雖然是異構(gòu)集成技術(shù)，但依賴于每個組成部分的同構(gòu)性。也就是說，F(xiàn)PGA的可編程邏輯陣列本身是一整片硅片，但通過Stratix10 GX 10M可以看到，EMIB也可以用來作為同構(gòu)芯片的互聯(lián)技術(shù)，這樣就大幅擴(kuò)展了這種3D封裝技術(shù)的適用程度。此外，單個FPGA硅片已經(jīng)可以做到510萬個邏輯單元，這也說明英特爾14nm工藝已經(jīng)非常成熟。

而且EMIB并不是英特爾唯一的3D互聯(lián)和集成技術(shù)。2019年初，英特爾就公布了一項名為Foveros的“真”3D封裝技術(shù)，它可以將諸如CPU、GPU、DRAM、Cache等功能單元的裸片堆疊在一起，然后再封裝成為一枚完整的芯片。Foveros將在英特爾基于10納米工藝的Lakefiled上采用。

雖然很多人將FPGA比作積木，可以用來實現(xiàn)各種應(yīng)用，但制造FPGA本身并不像搭積木那樣簡單。“世界最大FPGA”之爭需要的是競爭各方的科技實力，英賽兩強(qiáng)相爭必然會研制更大、更復(fù)雜的FPGA器件，從而驅(qū)動更新更好技術(shù)的出現(xiàn)，促進(jìn)行業(yè)更快地進(jìn)步。
? ? ? （責(zé)任編輯：fqj）