在全球范圍內(nèi),，FPGA行業(yè)的主要市場份額常年被賽靈思和英特爾兩家公司牢牢掌握,。隨著時間的積累,，這兩家公司逐漸構(gòu)建起一道由上萬件核心技術(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)用場景既屬于FPGA的傳統(tǒng)優(yōu)勢項(xiàng)目，也包含了近年來正在蓬勃興起的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從無到有、從小到大,，逐漸發(fā)展起來,，并在今天有了和巨頭FPGA公司一決高下的底氣。在接下來的文章中,，老石將具體分析Achronix最新FPGA的性能特點(diǎn),，以及它的發(fā)展歷程對于我們國產(chǎn)FPGA行業(yè)有哪些啟示。

　　Achronix是誰

　　Achronix公司成立于2004年,，總部位于美國硅谷的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年時間,，Achronix目前仍然是一家私人公司，外界猜測其總?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，其季度營收也由2016年第四季度的500萬美元,，一年后躍升至4000萬美元,，并成為當(dāng)時世界上發(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，作為無晶圓廠芯片公司,，Achronix曾由英特爾代工,，發(fā)布了世界上首個基于FinFET技術(shù)的FPGA，甚至早于賽靈思以及后來被英特爾收購的FPGA第二大廠Altera,。Achronix的這款FPGA,，也是英特爾代工制造的首個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,，見下圖。在之前的文章曾經(jīng)介紹過,，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,。

　　（圖片來自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,。

　?。▓D片來自Achronix）

　　Speedster7t：對標(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,。

　?。▓D片來自Achronix）

　　在工藝制程方面，Speedster7t將基于臺積電的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,，通過使用片上網(wǎng)絡(luò)還能將片上邏輯單元劃分成相對粗粒度的區(qū)域,，從而極大降低布局布線算法的復(fù)雜度，也能提高時序收斂的速度,。老石相信,，片上網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將會是未來FPGA架構(gòu)發(fā)展的一個重要方向。

　　此外,，Speedster7t上集成了多個機(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。

　?。▓D片來自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)展歷程對國產(chǎn)FPGA的重要啟示

　　Achronix歷時15年的發(fā)展,，從無到有,，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)展沒有捷徑,，不要過分迷信“彎道超車”。Achronix的技術(shù)積累并非一蹴而就,，而是需要長達(dá)十幾年的時間不斷沉淀和創(chuàng)新,。特別是對于專利壁壘極高的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和那些主要玩家們同場競技,。

　　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“舒適區(qū)”，敢于對決的勇氣,。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,。對于我國的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

　　不積跬步，無以至千里,。在人心浮躁,、技術(shù)虛無，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,。