在全球范圍內(nèi)，FPGA行業(yè)的主要市場(chǎng)份額常年被賽靈思和英特爾兩家公司牢牢掌握,。隨著時(shí)間的積累,，這兩家公司逐漸構(gòu)建起一道由上萬(wàn)件核心技術(shù)專利組成的“護(hù)城河”,，而這條護(hù)城河也成功阻止了很多FPGA公司進(jìn)一步發(fā)展的腳步,。一些存活下來(lái)的公司,，比如Lattice和Microsemi,，往往只能靠劍走偏鋒，專攻低功耗,、航空航天等特殊的應(yīng)用領(lǐng)域,。

　　然而，在2019年5月底,，一家名為Achronix的美國(guó)公司發(fā)布了一款名為Speedster7t的FPGA產(chǎn)品,，主打高速網(wǎng)絡(luò)傳輸、機(jī)器學(xué)習(xí)加速等領(lǐng)域,。這些應(yīng)用場(chǎng)景既屬于FPGA的傳統(tǒng)優(yōu)勢(shì)項(xiàng)目,，也包含了近年來(lái)正在蓬勃興起的FPGA全新應(yīng)用。很明顯,，Achronix公司就是要借這款產(chǎn)品和賽靈思與英特爾等巨頭FPGA公司正面對(duì)決,。

　　這家名字有些拗口的公司成立至今已有15年。在這些年里,，Achronix從無(wú)到有,、從小到大，逐漸發(fā)展起來(lái),，并在今天有了和巨頭FPGA公司一決高下的底氣,。在接下來(lái)的文章中，老石將具體分析Achronix最新FPGA的性能特點(diǎn),，以及它的發(fā)展歷程對(duì)于我們國(guó)產(chǎn)FPGA行業(yè)有哪些啟示,。

　　Achronix是誰(shuí)

　　Achronix公司成立于2004年，總部位于美國(guó)硅谷的Santa Clara,，在印度設(shè)有研發(fā)中心,，在深圳也設(shè)有分支機(jī)構(gòu)。雖然距成立至今已有15年時(shí)間,，Achronix目前仍然是一家私人公司,，外界猜測(cè)其總?cè)谫Y金額大概在1.8億美元到2億美元之間。

　　值得注意的是,，Achronix已于2017年第一季度實(shí)現(xiàn)盈利,，其季度營(yíng)收也由2016年第四季度的500萬(wàn)美元，一年后躍升至4000萬(wàn)美元,，并成為當(dāng)時(shí)世界上發(fā)展速度最快的半導(dǎo)體公司之一,。

　　Achronix近年的飛速發(fā)展一方面得益于FPGA技術(shù)本身的不斷廣泛應(yīng)用，另一方面得益于它自身的技術(shù)進(jìn)步,。有意思的是,，作為無(wú)晶圓廠芯片公司，Achronix曾由英特爾代工,，發(fā)布了世界上首個(gè)基于FinFET技術(shù)的FPGA,，甚至早于賽靈思以及后來(lái)被英特爾收購(gòu)的FPGA第二大廠Altera,。Achronix的這款FPGA，也是英特爾代工制造的首個(gè)FPGA,。

　　除了“傳統(tǒng)”FPGA芯片產(chǎn)品之外,，Achronix還是目前主要的嵌入式FPGA（eFPGA）的主要IP提供商，見(jiàn)下圖,。在之前的文章曾經(jīng)介紹過(guò),，包括Facebook在內(nèi)的一些大型互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)據(jù)信也是Achronix的eFPGA IP的主要或潛在客戶。

　?。▓D片來(lái)自Achronix）

　　與傳統(tǒng)FPGA相比,，eFPGA的最主要特點(diǎn)是能將可編程邏輯單元與其他ASIC IP整合到同一款SoC中，在縮小芯片面積的同時(shí)降低系統(tǒng)功耗,，如下圖所示,。關(guān)于eFPGA的更多內(nèi)容，有興趣的讀者可以查看老石之前的文章《啥是eFPGA》,，在本文不再贅述,。

　　（圖片來(lái)自Achronix）

　　Speedster7t：對(duì)標(biāo)Agilex和ACAP的全新FPGA

　　今年五月底新發(fā)布的Speedster7t系列FPGA,，應(yīng)該算是Achronix的技術(shù)集大成者,，這也給了Achronix叫板賽靈思和英特爾的信心和勇氣。事實(shí)上,，這款FPGA的確有不少讓人眼前一亮的技術(shù)特點(diǎn)值得我們關(guān)注,。

　　（圖片來(lái)自Achronix）

　　在工藝制程方面,，Speedster7t將基于臺(tái)積電的7納米工藝制造,，這與賽靈思的“ACAP”芯片使用的是相同的制造工藝。由于臺(tái)積電的7納米工藝與英特爾的10納米工藝屬于同代,，因此Speedster7t在工藝制程上和英特爾的旗艦FPGA“Agilex”相比不落下風(fēng),。

　　在芯片架構(gòu)方面，Achronix的這款FPGA最大的特點(diǎn)之一就是采用了遍布芯片的2D片上網(wǎng)絡(luò)技術(shù),，這與賽靈思的ACAP再一次不謀而合,。

　　片上網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（NoC）是當(dāng)前為了應(yīng)對(duì)帶寬瓶頸而逐漸興起的重要技術(shù)，在老石之前的文章中曾多次提及,。特別是在高速網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中,，如5G、數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)等領(lǐng)域,，已經(jīng)開(kāi)始需要FPGA線速處理高達(dá)400Gbps的以太網(wǎng)流量,。如果使用傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，需要1024位寬的數(shù)據(jù)總線，并運(yùn)行在724MHz的時(shí)鐘頻率下才能滿足帶寬要求,。此外,，可編程邏輯單元往往需要從芯片的不同位置傳輸數(shù)據(jù)，包括片上和片外的存儲(chǔ)器,、以及特定的硬件加速模塊，如機(jī)器學(xué)習(xí)加速器等等,。為了在片上進(jìn)行大量數(shù)據(jù)傳輸和搬運(yùn),，必須采用全新的片上網(wǎng)絡(luò)NoC技術(shù)。

　　在Speedster7t上采用了橫向和縱向的2D片上網(wǎng)絡(luò),，并使用256位寬的AXI總線實(shí)現(xiàn),，運(yùn)行在高達(dá)2GHz的頻率下，從而提供單路512Gbps,、總共20Tbps的片上網(wǎng)絡(luò)帶寬,。

　　除了滿足帶寬要求，通過(guò)使用片上網(wǎng)絡(luò)還能將片上邏輯單元?jiǎng)澐殖上鄬?duì)粗粒度的區(qū)域,，從而極大降低布局布線算法的復(fù)雜度,，也能提高時(shí)序收斂的速度。老石相信,，片上網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將會(huì)是未來(lái)FPGA架構(gòu)發(fā)展的一個(gè)重要方向,。

　　此外，Speedster7t上集成了多個(gè)機(jī)器學(xué)習(xí)處理器（Machine Learning Processor – MLP）,，它可以支持不同定點(diǎn)數(shù)及浮點(diǎn)數(shù)的運(yùn)算操作,，如下圖所示。此外,，這款FPGA還能在片上最多集成300Mb的內(nèi)存單元,，以滿足人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)相關(guān)應(yīng)用的實(shí)現(xiàn)。雖然片上內(nèi)存的容量距離賽靈思UltraScale+系列高達(dá)500Mb的片上內(nèi)存還有一定差距,，但已經(jīng)和英特爾Stratix10系列FPGA的片上內(nèi)存容量差不多,。

　　（圖片來(lái)自Achronix）

　　除了片上網(wǎng)絡(luò)和機(jī)器學(xué)習(xí)處理器之外,，Speedster7t還集成了很多高速接口,，如PCIe Gen5、GDDR6,、112Gbps SerDes等等,，本文不再詳述。

　　Achronix的發(fā)展歷程對(duì)國(guó)產(chǎn)FPGA的重要啟示

　　Achronix歷時(shí)15年的發(fā)展,，從無(wú)到有,，從小到大，直到今天能和兩大FPGA巨頭公司一較高下，這其中有著很多值得我們國(guó)產(chǎn)FPGA公司借鑒的啟示和經(jīng)驗(yàn),。

　　首先,，技術(shù)的發(fā)展沒(méi)有捷徑，不要過(guò)分迷信“彎道超車”,。Achronix的技術(shù)積累并非一蹴而就,，而是需要長(zhǎng)達(dá)十幾年的時(shí)間不斷沉淀和創(chuàng)新。特別是對(duì)于專利壁壘極高的FPGA產(chǎn)業(yè),，不論是芯片架構(gòu),、關(guān)鍵IP、高速接口等芯片硬件設(shè)計(jì),，還是FPGA設(shè)計(jì)工具和生態(tài)系統(tǒng)建設(shè),，都不太可能通過(guò)一次次“彎道超車”實(shí)現(xiàn)。只有不斷在正確的賽道上積累和加速,，才能像Achronix那樣,，有朝一日在主流舞臺(tái)和那些主要玩家們同場(chǎng)競(jìng)技。

　　第二,，擁抱新技術(shù),、新方向。正如前文提到的,，在Achronix的新一代FPGA上采用了片上網(wǎng)絡(luò)技術(shù),、機(jī)器學(xué)習(xí)處理器等諸多新技術(shù)，這些技術(shù)只有在賽靈思和英特爾的最高端FPGA中才有使用,。這正說(shuō)明了FPGA公司擁抱和使用最新技術(shù)的重要性,。FPGA的發(fā)展一直遵循摩爾定律，而這些新科技和新方向,，也使得FPGA將摩爾定律不斷延續(xù),。

　　第三，離開(kāi)“舒適區(qū)”,，敢于對(duì)決的勇氣,。和Lattice、Microsemi等其他FPGA公司不同,，Achronix選擇在人工智能,、高速網(wǎng)絡(luò)處理等領(lǐng)域和傳統(tǒng)FPGA巨頭硬剛，其自信和勇氣就著實(shí)令人佩服,。對(duì)于我國(guó)的FPGA公司,，也應(yīng)該努力走出自己的傳統(tǒng)業(yè)務(wù)領(lǐng)域，向不斷蓬勃涌現(xiàn)的新興FPGA應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)起沖擊,。

　　結(jié)語(yǔ)

　　不積跬步,，無(wú)以至千里。在人心浮躁、技術(shù)虛無(wú),，人人造芯,、但不知芯為何物的今天，老石認(rèn)為,，文中這家公司十幾年的堅(jiān)守和奮斗應(yīng)該能夠給予我們一些啟示,。