以FPGA力拼AI、大数据应用英特尔推出伺服器级加速卡

原标题：以FPGA力拼AI、大数据应用英特尔推出伺服器级加速卡

面对机器学习、人工智慧（AI）的应用与日俱增，我们除了透过效能更强大的CPU、GPU来因应运算需求，有不少厂商开始积极投入FPGA（Field-Programmable Gate Array）架构的应用，而伺服器与个人电脑处理器大厂英特尔，也在2015年併购Altera，正式跨入该领域产品与技术的发展，接着，在2016年11月于美国旧金山所举行的AI Day大会上，将FPGA列为支撑AI时代的四大关键技术之一。

去年11月，英特尔在美国旧金山召开Intel Artificial Intelligence Day的活动，我们应邀参加，在这次大会上，他们提出了因应人工智慧时代来临的发展愿景，并向与会者报告英特尔本身的产品与技术，以及想要提供的使用者体验，若要达成这个目标，英特尔认为可透过4大技术作为基础，FPGA正是其中之一。

既然如此，该公司先前在2015年併购FPGA大厂Altera，所象徵的意义也就更为显着了，而在纳入英特尔之后，Altera是以Programmable Solution Group（PSG）的业务单位型态存在。

简而言之，中央处理器在面临资料处理的繁重负担时，可将这些作业移交给FPGA，而且彼此是以线上连接的方式形成处理架构，达到加速的效果，而且无论I/O负载是从网路传入，或是处理器本身的负载，均可支援直接卸载到FPGA来执行。

过去以来，在异质运算的应用上，多数人经常看到的作法，是以CPU搭配GPU来进行。事实上，在许多整合式设备里面，也会运用CPU搭配专用的加速器晶片ASIC，例如网路防火墙设备，或是以CPU搭配多用途的加速器晶片FPGA，像是工业控制电子系统。

而当现今各种创新技术如雨后春笋般出现之际，举凡人工智慧的推理、机器学习、大数据分析、5G连网、软体定义储存、网路功能虚拟化，都需要借助上述这些加速运算技术之力，尤其是具有高度可程式化特性的FPGA最被看好，因为用户能弹性地加以运用，并且透过硬体加速的方式来因应各式需求。

至于产品的发布上，早在2013年，Altera就推出了第10代的FPGA与系统单晶片（SoC）等封装形式的产品，发表锁定高阶领域的Stratix 10，以及针对中阶的Arria 10，并且分别运用了英特尔的14奈米Tri-Gate製程，以及台积电（TSMC）的20奈米製程。而在低阶、低功耗系统的部分，直到2017年2月，才推出了Cyclone 10系列。

资料来源：英特尔，iThome整理，2017年12月

英特尔旗下的FPGA运算平台，依照效能高低，可区分为4大产品线：Stratix 10、Arria 10、Cyclone 10、MAX 10。

以其中的Arria 10为例，今年英特尔陆续释出多种整合应用的消息。例如，针对FPGA用于深度学习与卷积神经网路的运作效能，他们与电信设备厂商中兴（ZTE）在1月公布了测试数据——在脸部辨识上，每秒可处理1千张图片，将设备原始设计的效能提升到10倍以上，并且仍能维持精準度。

而在2月举行的CES大展上，英特尔发表基于Arria 10 FPGA的自动驾驶车平台Intel GO，以及运用Arria 10 GX的自动驾驶车等级的解决方案。

着，在6月宣布支援NEC的脸部辨识引擎NeoFace，NEC将软体智慧财产整合到Arria 10 FPGA，比起先前解决方案，可提供更高的效能与相同的精準度。

到了10月，英特尔特别宣布推出基于Arria 10 GX晶片的FPGA加速卡，全名为Intel Programmable Acceleration Card with the Intel Arria 10 GX FPGA，可简称为（Intel PAC with A10GX），是Intel Programmable Acceleration Card系列的第一款产品，可提供OEM厂商组合而成伺服器加速解决方案，让用户能够选购。至于这款加速卡大量出货的时机，预计会是2018年上半。

Intel PAC with A10GX是一张PCIe介面卡，外面包覆了一层散热片，难以了解组成的元件，而根据英特尔公布的架构图与规格资料来看，核心是Intel Arria 10 GX FPGA，英特尔提到这颗处理器拥有115万个逻辑单元（logic elements），若从这项规格来推论，确切的处理器型号应为Arria 10里面的GX 1150。除此之外，Intel PAC with A10GX还配置了2支8GB容量的DDR4记忆体、支援错误修正码（ECC），以及128MB的快闪记忆体、可支援10GbE和40GbE的QSFP光纤网路收发器连接埠，并且内建了FPGA Interface Manager的软体，并且支援Acceleration Stack for Intel Xeon CPU with FPGAs架构。所以，单就上述规格而言，Intel PAC with A10GX具有运算、储存、网路处理的能力，再加上软体的提供与支援，几乎就是一套软硬体兼具的微型系统。

在产品实际搭配的形式上，Intel PAC with A10GX可安装在基于Xeon处理器架构的伺服器，英特尔强调，在这样的架构下，能以最省电的方式，支援複杂、资料密集型的应用系统，例如人工智慧的推论处理、影片串流的分析、资料库加速等。

图中是Dell EMC在上半年举行的全球用户大会，针对第14代PowerEdge伺服器的部份，提到关于预定能够搭配FPGA的机型，而这里用到的部份，有可能是Intel PAC with A10GX。

而Intel PAC正式登场之后，其实，这系列产品的布局，也关係到该公司稍早（9月）所提倡的加速堆叠架构——Acceleration Stack for Intel Xeon CPU with FPGAs。基本上，这套架构包含API介面、标準软体框架、加速的软体程式库、开发工具，以及加速环境，让开发者能够以高阶的角度来进行工作，而不需要担心底层FPGA的处理，并且有助于用户未来将程式码转移到新的平台上。

值得一提的是，英特尔针对FPGA应用提供的开发工具里面，除了该公司既有的Parallels Studio XE，以及Altera的Quartus Prime，还增加了一套软体开发套件——Intel FPGA Software Development Kit (SDK) for OpenCL；对于通用存取介面的部分，英特尔同时提供了加速引擎技术，称为Open Programmable Acceleration Engine（OPAE），能与Intel PAC with A10GX内建的FPGA Interface Manager软体，相互协同合作。

产品资讯

Intel Programmable Acceleration Card with the Intel Arria 10 GX FPGA●原厂：Intel(02)6622-0000●建议售价：厂商未提供●外型：半长半高PCIe介面卡●採用处理器：Intel Arria 10 GX FPGA（10AX115N2F40E2LG，逻辑单元为115万个），TSMC 20奈米系统单晶片製程●重要元件：2支8GB DDR4记忆体、128MB Flash记忆体●I/O介面：PCIe 3.0 x8（外观为x16）●传输介面：QSFP埠（可支援40GbE或4个10GbE）●耗电量：约60瓦

【注：规格与价格由厂商提供，因时有异动，正确资讯请洽厂商】