層出不窮的智能應(yīng)用不斷挑戰(zhàn)著人們想象力的極限,，身邊鋪天蓋地的報(bào)道時(shí)時(shí)刻刻地提示著智能世界已經(jīng)來臨。對(duì),，智能世界來了,，隨之而來的還有奔騰而來的數(shù)據(jù)洪流：

到 2020年，

平均每位互聯(lián)網(wǎng)用戶：1.5 GB流量/天

自動(dòng)駕駛汽車：4 TB 數(shù)據(jù)/天

聯(lián)網(wǎng)的飛機(jī)：5 TB 數(shù)據(jù)/天

智能工廠：1 PB 數(shù)據(jù)/天

云視頻提供商：750 PB視頻/天

……

“到 2020 年,，將會(huì)有 500億個(gè)終端聯(lián)網(wǎng),，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過目前的80億，IP 的流量也將達(dá)到 2300 EP/年,，” 英特爾可編程解決方案事業(yè)部副總裁兼客戶體驗(yàn)事業(yè)部總經(jīng)理 Rina Raman 強(qiáng)調(diào),，數(shù)據(jù)中心與終端互連所形成的循環(huán)，隨著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展將會(huì)逐漸加速,，因而網(wǎng)絡(luò)就必須以更高的速度處理更多的數(shù)據(jù),，數(shù)據(jù)中心也需要做更為復(fù)雜的計(jì)算，以應(yīng)對(duì)更為龐大的數(shù)據(jù)集，甚至嵌入式終端也需要做很多本地的計(jì)算,。此外,，數(shù)據(jù)中心還需應(yīng)對(duì)一些更具挑戰(zhàn)性的工作負(fù)載： 如大數(shù)據(jù)分析、機(jī)器學(xué)習(xí)等等,。由此,，循環(huán)中瓶頸與挑戰(zhàn)一一出現(xiàn)。

數(shù)據(jù)洪流中的瓶頸與挑戰(zhàn)

上述所提及的挑戰(zhàn)與瓶頸,，無論　5G 無線通訊,、雷達(dá)與宇航、網(wǎng)絡(luò),，還是云計(jì)算,、智能城市以及自動(dòng)駕駛，都身在其中,。 

5G 網(wǎng)絡(luò)： 未來需要更大的帶寬,、更復(fù)雜的數(shù)字信號(hào)處理能力。英特爾 FPGA 能夠幫助應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn),，尤其在 5G 網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中,，F(xiàn)PGA 可以加速 MIMO 天線的計(jì)算和基帶的信號(hào)處理能力，解決安全及其他一些可能會(huì)制約發(fā)展的網(wǎng)絡(luò)功能,。

雷達(dá)與宇航：雷達(dá)應(yīng)用中,，與安全相關(guān)的通訊，正在面臨著一系列的挑戰(zhàn)：其中包括波速成形,、FFT與過濾器以及機(jī)器學(xué)習(xí)等算法方面的挑戰(zhàn),。以往的解決方式是：通過更快的 CPU 或者更快的 DSP 芯片陣列 或者 ASIC 來應(yīng)對(duì)，但是通過使用FPGA,，設(shè)計(jì)人員可以加速數(shù)據(jù)處理,、加速處理機(jī)器學(xué)習(xí)任務(wù)，讓整個(gè)架構(gòu)更加簡(jiǎn)單,，同時(shí)開發(fā)環(huán)境也更加統(tǒng)一,。

網(wǎng)絡(luò)方面：隨著數(shù)據(jù)中心與終端良性循環(huán)的加速、物聯(lián)網(wǎng)的不斷發(fā)展,，網(wǎng)絡(luò)需要進(jìn)行根本性的轉(zhuǎn)型,，其中包含本地網(wǎng)、城域網(wǎng),、骨干網(wǎng),、甚至數(shù)據(jù)中心。而轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵是：網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化,，即將一些關(guān)鍵的功能（如交換,、安全性,、檢測(cè)與報(bào)告等），從專用的硬件轉(zhuǎn)移到數(shù)據(jù)中心的軟硬件進(jìn)行處理,。正是在這樣一個(gè)充滿了不確定性和快速變化的環(huán)境中,，F(xiàn)PGA 能夠加速一些關(guān)鍵數(shù)據(jù)包的交換、檢測(cè)以及安全任務(wù)的處理,。

無人駕駛： 必然會(huì)對(duì)計(jì)算性能有更多的需求,，算法的不確定性還可能會(huì)出現(xiàn)計(jì)算的孤島，每個(gè)孤島都可能有自己本身的硬件和開發(fā)環(huán)境,，這對(duì)制造商而言是不可持續(xù)的,。FPGA 在本地計(jì)算和深度學(xué)習(xí)的推算應(yīng)用中，能夠發(fā)揮關(guān)鍵作用,。同時(shí),，還可以通過 5G 連接，把汽車,、其他車輛與高速公路基礎(chǔ)設(shè)施和云實(shí)現(xiàn)連接,。

智慧城市：現(xiàn)代化的城市當(dāng)中有很多計(jì)算孤島正在出現(xiàn)，其中包括交通管理系統(tǒng),、照明管理系統(tǒng),、泊車管理系統(tǒng)和安全的攝像頭，這些眾多不同的系統(tǒng)由眾多不同的廠家來生產(chǎn),，每個(gè)系統(tǒng)都有不同的架構(gòu),，不同的開發(fā)環(huán)境，而且彼此之間沒法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享,。英特爾 CPU和 FPGA 就能取代這些專有的架構(gòu),，提供本地計(jì)算、連接和分析的能力,。

云計(jì)算：在云的環(huán)境中,，工作負(fù)載及其構(gòu)成都會(huì)出現(xiàn)動(dòng)態(tài)的變化，甚至某些工作負(fù)載所需要的性能即使 CPU 在合理的功耗水平之下也是難以實(shí)現(xiàn)的,，所以需要一些特別的芯片或者是配上 GPU,，專門處理并行的運(yùn)算，可以裝上網(wǎng)絡(luò)加速器,，處理協(xié)議和安全的流量分流，還可以配備視頻解碼器或 ASIC 專用的集成電路,，用于搜索的加速和深度學(xué)習(xí),。但是，服務(wù)器上往往沒有空間,，也沒有足夠的功率支持放入所有芯片,。所以，有一些云的服務(wù)提供商和數(shù)據(jù)中心的架構(gòu)師就開始轉(zhuǎn)向使用英特爾 FPGA，F(xiàn)PGA 和 Xeon  CPU連接,，提供搜索,、計(jì)算、加密,、分組處理和機(jī)器學(xué)習(xí)的硬件加速,。一旦發(fā)生變化，設(shè)計(jì)人員可以對(duì)FPGA進(jìn)行重新的配置,，滿足更新的需求,。

FPGA : 對(duì)異構(gòu)架構(gòu)至關(guān)重要

處理大量數(shù)據(jù)的增長(zhǎng)！

應(yīng)對(duì)快速變化的新技術(shù)所帶來的計(jì)算環(huán)境的變化,！

CPU 本身所具備的功耗,！

僅僅依靠計(jì)算平臺(tái)同質(zhì)的擴(kuò)展，已遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒法滿足上述的挑戰(zhàn)要求,，因而不同的異構(gòu)架構(gòu)組合成為必然,。當(dāng)今的硬件平臺(tái)包括：CPU、FPGA 以及專用的加速器,，其中 CPU 仍然是處理能力的核心引擎,，再加上專用的加速器（ASSP和ASIC等），已然可以實(shí)現(xiàn)最好的計(jì)算效率,。與此同時(shí),， FPGA 在其中也在越來越發(fā)揮著重要作用， 它就像一種先進(jìn)的多功能的加速器,，不僅能夠帶來最大的編程靈活性,，支持高度差異化的產(chǎn)品，還可以在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行重新配置,，虛擬加速任何數(shù)字的算法,。FPGA也支持并行運(yùn)算，其性能從吞吐量,，實(shí)時(shí)速度到能耗,，比 CPU 或 GPU 要優(yōu)上 10 倍。此外 FPGA 還可以以更低的時(shí)延處理更大的數(shù)據(jù),，比傳統(tǒng)在硬件產(chǎn)品上跑的基于軟件的產(chǎn)品更快,。也正因?yàn)?FPGA 既具有硬件性能，又具有軟件可編程的能力,，在異構(gòu)計(jì)算的環(huán)境中日益變得重要,。

如下圖所示，旁路加速可以把一些重度計(jì)算的數(shù)據(jù)功能轉(zhuǎn)移到FPGA上面,，這樣可以釋放處理器去處理其他運(yùn)算,。如果時(shí)延比較重要,，還可以進(jìn)行內(nèi)建加速。這樣通過FPGA的多功能性,，可以帶來更好的網(wǎng)絡(luò)的存儲(chǔ)和計(jì)算的加速,。

Rina 以FPGA 提升數(shù)據(jù)中心效率為例，展示了FPGA 如何在生活中應(yīng)對(duì)實(shí)際的挑戰(zhàn)的,。

首先面對(duì)的是：數(shù)據(jù)庫的加速,。SWARM64 可擴(kuò)展數(shù)據(jù)加速器使用了英特爾最新的FPGA 大量處理一些并行的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了很好的吞吐量,、能耗和更高的性能,，無論在云端，還是在現(xiàn)場(chǎng),，它都可以支持任何的配置,。可以看到：其實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析能力是以前的5倍,，數(shù)據(jù)倉儲(chǔ)的能力是以前的2倍,，存儲(chǔ)壓縮能力是以前的3倍。

接下來要解決的難題是：基因測(cè)序,。眾所周知,，基因測(cè)序的數(shù)據(jù)量大且復(fù)雜，如果分析能力跟不上,，很多研究項(xiàng)目就會(huì)被迫推遲,，因而影響整個(gè)醫(yī)療界的研究進(jìn)展。英特爾和 Broad Institute 公司共同開發(fā)出了基因分析的軟件工具包——GATK,，主要是用于分析大吞吐量測(cè)序的數(shù)據(jù),。據(jù)悉，研究人員現(xiàn)在可以在過去三分之一的時(shí)間能夠獲得5倍的數(shù)據(jù)量,，相當(dāng)于15倍的提升,。Broad Institute 的 Pair-HMM 算法提高了50倍，總業(yè)務(wù)流提高了 1.2 倍,。

另外一個(gè)實(shí)際難題是：存儲(chǔ) NVME OVER  FABRIC,。Attala 希望利用英特爾 FPGA 重新設(shè)計(jì)和開發(fā)新一代的存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)設(shè)施。數(shù)據(jù)在硬件里通過FPGA來進(jìn)行處理和加速,，然后進(jìn)入到網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施,，相比之前的方案，使用 FPGA 的方案在讀寫速度的時(shí)延方面降低57-72%,。因而,， Attala的解決方案不僅軟硬件結(jié)合的解決方案有很強(qiáng)的適應(yīng)能力，而且也為云的服務(wù)提供商降低了運(yùn)行成本,。

為了更好地支持智能互聯(lián)世界的應(yīng)用,，英特爾提供的一系列的 FPGA 產(chǎn)品， 其中包括 Stratix 10 ,、Arria 10,、Cyclone 10 和 Max 10。著眼于未來,，Rina 透露英特爾下一代 FPGA的產(chǎn)品,，英文名字叫 Falcon Mesa。這是使用了英特爾 10 納米的制程技術(shù),、基于 FinFET 制程,、也是英特爾第二代使用 HyperFlex 架構(gòu)的產(chǎn)品，還是第二代基于EMIB（英特爾接口的規(guī)范）的異構(gòu)的SIP,。據(jù)悉,，F(xiàn)alcon Mesa 也是 Altera 并入英特爾以后第一代使用了英特爾10納米制程技術(shù)開發(fā)出來的產(chǎn)品。此外,， 英特爾還提供了加速堆棧,，用來助力開發(fā)人員輕松入門。

智能互聯(lián)世界的挑戰(zhàn)日趨復(fù)雜,，英特爾 FPGA 愿意參與其中,，助力加速計(jì)算，更好地應(yīng)對(duì)今天以及未來的數(shù)據(jù)需求,。