現場可程式化邏輯閘陣列(英語:Field Programmable Gate Array,縮寫為FPGA),它是在PAL、GAL、CPLD等可程式邏輯裝置的基礎上進一步發展的產物。它是作為特殊應用積體電路領域中的一種半客製化電路而出現的,既解決了全客製化電路的不足,又克服了原有可程式化邏輯裝置閘電路數有限的缺點。

(資料來源:維基百科)

FPGA的技術已經已經發展了30多年了,到了今天它和CPU架構一樣,玩家越來越少、技術越來越高端,應用越來越深入到各個領域,成了支撐當今各項高科技領域(物聯網、大數據、雲計算、無人駕駛、智能製造、人工智能)的基礎。由於FPGA的可並行利用資源的特點,其計算能力要遠超已經採用多核技術的CPU架構。

(資料來源:ek21.com)

與其他晶片相比,FPGA的優勢在於低延遲、可程式設計性和低功耗。FPGA 為什麼比 GPU 的延遲低這麼多?這本質上是體系結構的區別。FPGA 同時擁有流水線並行和資料並行,而 GPU 幾乎只有資料並行(流水線深度受限)。例如處理一個資料包有 10 個步驟,FPGA 可以搭建一個 10 級流水線,流水線的不同級在處理不同的資料包,每個資料包流經 10 級之後處理完成。每處理完成一個資料包,就能馬上輸出。

(資料來源:teema.org.tw)

賽靈思全球戰略高級副總裁Steve Glaser也表示,GPU和定制ASIC在應用廣度方面與FPGA相比遠遠不足,以機器學*加速為例,使用神經網路分類圖像、翻譯文本和語音、識別無結構資料中的底層模式,需要“兩階段”法。

第一階段(培訓),使用海量加標記的樣本資料和計算培訓神經網路,英偉達GPU擅長的這一領域只占機器學*5%的市場規模。

第二個階段(推斷),通過受訓的神經網路處理新資料樣本或查詢,以確定其可能的級別。這一占機器學*加速90%的市場正是賽靈思FPGA角逐的天下。

(資料來源:teema.org.tw)

推斷是當今最大規模資料中心中的一個巨大的工作負載,因為它負責實現廣泛的日益擴展的重要應用,例如語言翻譯、自然語言介面、照片和視頻內容識別,以及網上產品選擇與促銷。其中兩個最大的人工智慧市場分別是無人駕駛汽車和機器人。而賽靈思池化FPGA將機器學*推斷計算效率提升了2-6倍。

(資料來源:teema.org.tw)

未來 FPGA 市場狀況,2021 年在加速器市場,如 GPU、ASIC,FPGA 能分到 200 億美元的比重,而單單 FPGA,到了 2022 年會達到 75 億美元的規模。在邊緣裝置上面,如感測器等等,也有 FPGA 能發揮的地方。FPGA 具備低功耗的特性,相當適合。畢竟 GPU 放在邊緣裝置並不合算,而且運算中的 GPU 相當耗電。另外 FPGA 還有彈性修改的空間,能夠改變用途,具備相當彈性的特性。

(資料來源:科技新報)

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