邊緣計算時代，F(xiàn)PGA的可重新配置特性很重要

我們都知道邊緣計算的提出是相對而言的，相較于集中式存儲、處理的云計算，邊緣計算更顯效率和靈活性。這樣的本質(zhì)區(qū)別讓邊緣計算很難像云計算一樣制定成熟的產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，雖然各云計算組織制定的標(biāo)準(zhǔn)也很難兼容，但是巨頭效應(yīng)和地域效應(yīng)讓云計算的標(biāo)準(zhǔn)可以大規(guī)模適用。而面對分門別類的邊緣計算，沒有哪一個公司敢言自己能夠制定一個適用于大部分行業(yè)或者一個大區(qū)域的標(biāo)準(zhǔn)。

沒有既定的標(biāo)準(zhǔn)就要求邊緣計算參與廠商有隨機應(yīng)變的能力，去適應(yīng)各行各業(yè)因需求而生的特制標(biāo)準(zhǔn)。Achronix 戰(zhàn)略產(chǎn)品規(guī)劃副總裁 Manoj Roge 表示：“Achronix 更相信應(yīng)用特定行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)基準(zhǔn)測試。應(yīng)用特定基準(zhǔn)的一個很好的案例是機器學(xué)習(xí)（ML），大多數(shù)芯片供應(yīng)商都使用 Tops（即每秒萬億次操作）來作為他們的營銷基準(zhǔn)測試結(jié)果。真正重要的是特定機器學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用基準(zhǔn)測試?！?/p>

Achronix 戰(zhàn)略產(chǎn)品規(guī)劃副總裁 Manoj Roge

他指出，行業(yè)內(nèi)最常用的是 ResNet-50 網(wǎng)絡(luò)的“圖像 / 秒”指標(biāo)，即使它是一種較舊的網(wǎng)絡(luò)。

在論述云計算和邊緣計算之間的關(guān)系時，Manoj Roge 看到了兩者之間即互補又充滿競爭的關(guān)系。他講到：“與云計算不同，沒有一種架構(gòu)可以去適用于各種邊緣數(shù)據(jù)中心。很少有客戶希望建立自己的邊緣數(shù)據(jù)中心或基礎(chǔ)架構(gòu)設(shè)備，即通常稱為本地端上（內(nèi)部）的部署。其主要目的是保持他們不愿意發(fā)送到云的數(shù)據(jù)的安全性；在許多情況下，云服務(wù)供應(yīng)商可能是他們的直接競爭對手。”

同時，在 Manoj Roge 看來，沒有既定標(biāo)準(zhǔn)且需求碎片化的邊緣計算市場將是 FPGA 的大舞臺，對于提供高性能、高密度 FPGA 方案的 Achronix 而言也是重大的歷史性機遇。他對此表示：“可以想象，每個企業(yè)客戶或運營商在構(gòu)建他們自己的邊緣部署過程中，都可能需要針對其獨特需求進行自定義配置。部署基于 FPGA 的加速器可實現(xiàn)對不同的邊緣基礎(chǔ)架構(gòu)設(shè)備進行定制，并加快上市時間?！?/p>

最重要的原因在于：FPGA 最大的價值之一就是它們是可重新配置的。

根據(jù) Manoj Roge 的描述，“Achronix 堅信，由 5G、人工智能、自動駕駛和物聯(lián)網(wǎng)驅(qū)動的邊緣計算將是歷史性的機遇。Achronix 意識到了這一趨勢，并制定了我們的產(chǎn)品戰(zhàn)略以充分利用這一機遇。通過引入嵌入式 FPGA（eFPGA）業(yè)務(wù)模式，我們成為了顛覆 FPGA 行業(yè)的先驅(qū)。我們采取了一切推倒重來的方法對我們的 7nm 架構(gòu)進行了優(yōu)化，其結(jié)果是：我們 7 納米的獨立 FPGA 芯片以及專為邊緣基礎(chǔ)設(shè)施部署設(shè)計的 eFPGA 都實現(xiàn)了最佳的性能 / 功耗 / 成本比率?！?/p>

他對此詳細解釋稱：
當(dāng) Achronix 在為自己的產(chǎn)品設(shè)計架構(gòu)時，我們明確知道自己所專注的幾個關(guān)鍵的邊緣計算應(yīng)用，以及我們的目標(biāo)是提供最引人注目的端到端的應(yīng)用性能。到目前為止，我們看到了為多種工作負載帶來的令人激動的結(jié)果。

業(yè)內(nèi)皆知的是：對于任何固定功能，采用 ASIC 實現(xiàn)方式將提供最佳的 PPA（性能、功耗、面積）結(jié)果。但是需要注意的是，現(xiàn)代的工作負載和算法都在不斷發(fā)展。FPGA 最大的價值之一就是它們是可重新配置的；因此，即使在硬件已經(jīng)被部署到現(xiàn)場之后，也可以隨時更新設(shè)計。FPGA 的適應(yīng)性為邊緣計算中不斷變化的工作負載提供了面向未來的機會。

重新編程不會危及到安全性，但是在 FPGA 中實現(xiàn)關(guān)鍵 IP 的時候，反過來也有助于解決一系列所遇到的安全威脅。通過添加或修改專門針對全新攻擊而設(shè)計的 IP 模塊，就可以避免新的攻擊。如果將來出現(xiàn)漏洞，則可以更新協(xié)議。通過更改算法實現(xiàn)方式，全新的、無法預(yù)料的側(cè)信道攻擊可以被避免。為了進一步進行保護，可以為同一個設(shè)計創(chuàng)建多個實例，以便于產(chǎn)生不同但等效的版本，從而使攻擊變得更加困難。

Manoj Roge 講到：“邊緣計算目前及未來都將保持多年的活躍性并不斷發(fā)展。人們希望實現(xiàn)可以快速部署的、優(yōu)良的解決方案。FPGA 支持硬件解決方案不必鎖定當(dāng)前的最終實現(xiàn)手段。在 5 到 7 年內(nèi)，當(dāng) ASIC 變得更高效時，我們可能會看到二者的融合。在此期間，在 ASIC 解決方案不可行的地方，F(xiàn)PGA 提供了快速的產(chǎn)品上市和可用性?！?/p>

同時，Manoj Roge 指出 FPGA 將能夠幫助邊緣計算產(chǎn)品面對 5G 時代更為嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)?！?G 的兩個關(guān)鍵承諾是更高的性能和更低的延遲。我們無法使用傳統(tǒng)的架構(gòu)是因為在傳統(tǒng)架構(gòu)中所有的工作負載都在 CPU 上運行，并且應(yīng)用的數(shù)據(jù)通路都在軟件級別上實現(xiàn)。這種傳統(tǒng)架構(gòu)不會提供合適的性能、確定性和更低的延遲。在邊緣收集的數(shù)據(jù)也無法被發(fā)送到云端進行計算，也無法發(fā)送回邊緣。通過網(wǎng)絡(luò)形成的延遲將無法滿足應(yīng)用的要求?！彼f到。

他以自動駕駛為例。自動駕駛是邊緣計算的最佳示例，許多人將具有等級 3 及以上自動駕駛能力的汽車稱為車輪上的數(shù)據(jù)中心。所有計算都必須在汽車中完成，以在幾毫秒內(nèi)做出駕駛決策。此外，當(dāng)車輛連接到基礎(chǔ)設(shè)施（V2X）上時，從邊緣到車輛的數(shù)據(jù)傳輸帶來的任何延遲都可能導(dǎo)致事故。

面對 5G 時代更高的邊緣計算要求，Manoj Roge 認為 FPGA 將會為企業(yè)賦能。他說：“通過專用數(shù)據(jù)路徑，F(xiàn)PGA 既可提供更高的性能，以及可確定的和更低的延遲。即使在云端，我們也可以說在共享資源上完成的計算可能無法保證可確定的延遲?！?/p>

作為一家專業(yè)從事 FPGA 開發(fā)和設(shè)計的公司，面對邊緣計算帶來的歷史性機遇，Achronix 為客戶提供高效率的 FPGA 開發(fā)平臺。根據(jù) Manoj Roge 的介紹，我們整理出以下內(nèi)容：

Achronix 產(chǎn)品的關(guān)鍵應(yīng)用是在云端和邊緣、網(wǎng)絡(luò)連接、存儲加速和自動駕駛等領(lǐng)域中的運算加速。這些應(yīng)用都要求高帶寬數(shù)據(jù)處理，非常適合 FPGA 或 eFPGA 加速器。

Achronix 采取雙管齊下的戰(zhàn)略來應(yīng)對邊緣計算。Achronix 的 Speedster7t FPGA 系列芯片將為云計算和邊緣計算的基礎(chǔ)架構(gòu)部署提供最佳性能，同時 Achronix 的 Speedcore 嵌入式 FPGA IP 可以被集成到客戶的特定應(yīng)用芯片（ASIC）或系統(tǒng)級芯片（SoC）中，以用于 5G、自動駕駛、機器學(xué)習(xí)和計算存儲細分市場等大容量邊緣應(yīng)用中。隨著邊緣計算中的算法和架構(gòu)不斷向前發(fā)展，顯然需要硬件的可編程性，以滿足這些細分市場中的實時功能對性能和延遲的要求。

Achronix 優(yōu)勢在于：其 FPGA 邏輯陣列是針對這些類型的工作負載而設(shè)計的，包括高速接口和新穎的片上網(wǎng)絡(luò)，以確保數(shù)據(jù)可根據(jù)應(yīng)用要求規(guī)定被傳輸至器件內(nèi)部和外部。

Speedcore eFPGA 使 SoC 設(shè)計人員可以對邏輯、存儲和數(shù)字信號處理器（DSP）資源進行自定義，以使其完美地適用于特定的應(yīng)用。這是其他主要的 FPGA 供應(yīng)商都無法為其客戶提供的獨特功能。Achronix 的 Speedster7t 獨立 FPGA 芯片在計算、網(wǎng)絡(luò)、存儲加速、儀器儀表和高性能計算（HPC）工作負載等領(lǐng)域內(nèi)已經(jīng)和客戶展開了積極的合作并進入了多項系統(tǒng)設(shè)計。Achronix 還與客戶在 5G 基礎(chǔ)架構(gòu)和自動駕駛應(yīng)用方面展開了類似的合作，其中 Speedster7t 用于試點部署，以及為大批量集成 Speedcore 鋪路。

對于邊緣計算應(yīng)用要求的低功耗，Achronix 認為，功耗總是和性能齊頭并進。Achronix 的途徑是去提供最具競爭力的性能和功耗，這首先基于選擇最佳的工藝節(jié)點。Achronix 正在基于臺積電的 7 納米 FinFET 工藝來打造最新一代的產(chǎn)品，在業(yè)界當(dāng)前工藝節(jié)點中提供最低功耗。

其次，Achronix 推動了經(jīng)過深思熟慮的架構(gòu)創(chuàng)新，以優(yōu)化功耗。Achronix 專注于架構(gòu)優(yōu)化的三個關(guān)鍵支柱：
1）構(gòu)建最高效的計算單元模塊（對通用計算邏輯和機器學(xué)習(xí)進行優(yōu)化以實現(xiàn)最高效的推理）；
2）構(gòu)建合適的存儲層次結(jié)構(gòu)和帶寬；
3）通過用真正的二維片上網(wǎng)絡(luò)（NoC）覆蓋傳統(tǒng) FPGA 路由，來構(gòu)建最高效的數(shù)據(jù)傳輸。最終推出了 FPGA 行業(yè)中最具競爭力的性能 / 功耗比率。

關(guān)于安全性，Achronix 構(gòu)建了最穩(wěn)健的比特流安全防護引擎。如果 FPGA 要裝載關(guān)鍵 IP，那么它必須非常安全。Achronix 提供業(yè)界領(lǐng)先的安全單元模塊，用于保護 FPGA 配置的完整性和安全性。該可選單元模塊提供了多個級別的身份驗證，在安全單元模塊將要開始解密配置之前，RSA 公 / 私鑰的身份驗證就開始了。256 位 AES-GCM 加密被用來為配置提供強大的加密和身份驗證。為了防止側(cè)信道攻擊，我們使用了旋轉(zhuǎn)密鑰，并且采用了硬件 DPA 對策。Achronix 還可以通過利用物理上不可克隆的功能來幫助保護安全密鑰存儲。在 Speedster 和 Speedcore 中實現(xiàn)的比特流安全架構(gòu)可總結(jié)如下圖：

業(yè)者預(yù)計，到 2022 年中國物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備數(shù)量將達到 44.8 億個的數(shù)量，按照 50%部署邊緣計算，也將達到 22.4 億個的設(shè)備數(shù)量，這是巨大的市場容量。針對中國邊緣計算市場，Achronix 同樣給予重視?！癋PGA 支持專門針對不同市場進行優(yōu)化的解決方案。安全再次成為了一個很好的案例，不同國家的政府通過使用專有的加密密碼來確保實現(xiàn)安全算法。借助 FPGA IP 授權(quán)模式，Achronix 可以獨具一格地支持客戶利用經(jīng)過驗證的高性能和功耗優(yōu)化的 FPGA 架構(gòu)來實現(xiàn)自定義方案。Achronix 正在尋找可以使用 Speedcore eFPGA 并為中國市場開發(fā)特定解決方案的合作伙伴?！?Manoj Roge 最后說。
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