对话赛灵思：如何在后摩尔时代，做出最适合未来商用的高性能异构芯片？

最近，赛灵思发布了旗舰级产品——Versal Premium ACAP，7nm工艺、PCIe Gen5等超豪华配置令人目不暇接。不得不说，一向低调的赛灵思也终于要“高调”起来。
赛灵思正式进军高端服务器芯片市场了。
一直以来，赛灵思都在努力基于FPGA去探索和打开更多市场。四年前，当亚马逊等头部云服务厂商产品开始出现赛灵思的模块时，它在数据中心领域的能力崭露头角。后来不出两年，赛灵思正式推出了新类别平台产品Versal ACAP，这项集成了多项技术能力的产品宣告其转型的成功。
发展至今，从AI Core系列到Prime系列，这款代表赛灵思新身份的产品平台已经有了丰富的形态。然而似乎是要去挑战技术的巅峰，2020年初始，赛灵思决定再下一城——推出高端ACAP平台产品Versal Premium。

对赛灵思来说，这款产品有着里程碑式的意义，它开启了这家公司在高端服务器芯片领域的征程。如果说此前是AI给赛灵思专用芯片市场带来光亮，那么今年开始的5G商用、云服务爆发式增长，则是给了Versal Premium一个最好的舞台。
集成异构多核，打造全球逻辑密度最高的7nm平台
“这是一款瞄准未来几年市场的产品，如果你想要抢先布局5G核心网及云端基础设施，那么现在你就可以基于我们的产品着手开发了。”
谈起这款Versal Premium的定位，在接受媒体采访时，赛灵思高端ACAP与FPGA高级产品线经理Mike Thompson甚至有些激动。7nm工艺、异构引擎、片上存储设计、PCIe Gen5、800G光接口……如此种种，看得见的配置与看不见的设计融合在一起，赛灵思团队打造出了超出预估的带宽性能和功耗表现。

图 ｜ 赛灵思高端ACAP与FPGA高级产品线经理Mike Thompson
其实从这款产品选择采用7nm工艺这件事来看，我们多少就能够觉察出赛灵思对这款产品的用心和期许。
在会议开始，赛灵思产品线营销与管理高级总监Sumit Shah这样介绍它，“在原有的Versal Prime基础上，我们给Versal Premium添加了很多独特的功能，首先是有PCIe Gen5、DMA和CCIX，其中为了做PCIe界面，我们还加上了CXL的支持；其次，我们用了最先进的112G PAM4收发器，另外在连接上还加入了600G Interlaken硬核作为以太网的即时连接；同时，在安全方面，我们加入了400G加密引擎。可以说我们实现了非常多的异构集成，自适应平台上突破集成功耗优化的网络硬核，这就是Versal Premium。”
总体来看，Versal Premium带宽能够达到最新一代FPGA带宽的3倍、计算速度的2倍和灵活应变的加速，以实现迅速、安全的网络部署，使得工作负载与应用需求匹配。如Sumit所言，如今云计算厂商和网络运营商最为关心的性能可扩展、安全、高带宽等需求，Versal Premium通通都能够满足。

图 ｜ 赛灵思产品线营销与管理高级总监Sumit Shah
打破行业技术瓶颈，带来超强带宽与处理能力
可以说自2020年开始，随着疫情期间线上会议、在线教育等需求的爆发，以及5G商用的落地，云计算市场一开年就呈现出爆发式增长态势，云服务提供商对带宽、性能、安全性等方面的要求也前所未有的强烈。这也是赛灵思选择此刻推出Versal Premium的原因。
然而摩尔定律已经失效，GPU数量与性能之间的边际效应也越来越低，整个行业在高端芯片设计上都遇到了瓶颈，赛灵思还能够做出怎样的突破？
Mike表示，“对我们来说，当下能够做的就是专注于提升下一代产品的高带宽和处理能力，尽可能满足接下来市场可能会有的需求。”
于是在团队的努力下，赛灵思做出了Versal Premium。这其中需要指出的是，在尽可能保持功耗的基础上，Versal Premium在性能的优越性上已然超越摩尔定律限制，它能确保客户以大带宽进行数据通信和处理。
如何做到这一点？
Mike举例介绍，“首先，我们给它配备了最先进的收发器，能够实现9Tb／s可扩展、灵活应变的带宽；另外在原有58Gb／s PAM4的基础上，我们还在Premium里面配备了112Gb／s PAM4，这是面向未来800G网络的；此外，它还有1．8Tb／s Interlaken连接，可以支持芯片间的互联和通信。”
当然不仅仅如此，在架构设计上，赛灵思还采用了片上存储设计，提供1G片上存储器带宽，这不仅是为了降低功耗，更重要的也是降低时延、确保最高效的存储和计算。
除可扩展高性能之外，觉察到客户对安全性的要求，赛灵思还利用AI加强了这款芯片平台的安全性能。
“有一些很有意思的AI应用，比如网络异常检测，我们对神经网络进行训练来识别正常的计算模式，一旦出现入侵或者是恶意软件事件，它就能够及时发现异常的流量；另外，我们采用了随机森林算法，它可以进行自动检测与性能瓶颈的纠正，还能自动配置，最大限度确保正常运行。”
但这还不是最重要的。据了解，在安全应用方面，与英特尔CPU上常见的随机森林算法相比，Versal Premium的算法性能比英特尔至强芯片要强65倍。
支持企业高效与自由地开发
不难发现，集成了各项能力的Versal Premium几乎配备了所有顶尖的器件、技术和工艺，但是在不影响性能表现的前提下，最终服务于客户，赛灵思依然能够提供十分自由的产品组合。
“我们提供非常广泛的产品组合。逻辑单元上，从入门级的72万／140万到大型的740／730万逻辑单元；数字信号处理器上，从2K到14K；标量引擎上，Arm应用处理器或者实时处理器，以及全系列IP硬核等，客户均可以自由选择。”
简单来说，利用该平台，客户可以根据自身需求，轻松选择产品组合并在其上做开发。而不仅仅是硬件组合，通过Versal Premium，软件开发者可以用C、C＋＋和Python语言来开发软件，另外数据科学家和算法开发人员也可以使用他们平时最熟悉的框架来进行开发。
“对客户来说，这一点很重要，因为软硬件都是可以编程的，生产力能够大大被提高。而且这个生产力不仅仅是对于工程师而言，它也能够帮助企业更快地投产。”
Mike补充说，“不仅如此，客户还能够根据不断变化的标准，包括光纤以及人工智能和机器学习不断得去优化平台。要知道Versal Premium不只是集成了硬件，还构建了一个非常丰富强大的软件生态，我们十分欢迎软件开发师、数据科学家和算法开发人员进入到赛灵思的生态系统中。”
目前，为了更好的性能，赛灵思仍然在大力投入他们的Vivado工具。而借助Vivado以及Vitis平台，硬件和软件开发者都可以开启在Versal Premium上的开发之旅。