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FPGA配置要逆天了,还有什么能阻止得了它吗?

2014/05/14
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Altera发布了业界第一款支持硬核浮点DSPFPGA,硬核浮点DSP模块将集成在Altera 20nm Arria 10 FPGA和SoC中,也会集成在14nm Stratix 10 FPGA和SoC中。这一革命性的设计会对器件浮点运算性能带来多大的提升,对传统FPGA浮点运算设计带来多大的改变,又会对DSP以及GPU市场带来多大的影响,Altera公司首席DSP产品规划经理Michael Parker、软件和DSP产品市场经理Albert Chang先生连线国内媒体,带来了精彩的内容分享。

硬核兼容IEEE754,支持单精度浮点运算

支持硬核浮点DSP的FPGA使用专用硬核电路,能够自然支持IEEE 754单精度浮点。IEEE 754浮点所有复数都位于DSP模块的硬核逻辑中,不会占用可编程逻辑,即使是100%的使用了DSP模块,浮点也支持定点设计中相似的时钟速率。

采用TSMC 20nm工艺的Arria 10 系列,浮点运算性能将达到1.5TFLOP的DSP性能,而且是单精度。它的运行频率可以达到400到450MHz,在软件方面支持OpenCL、DSP Builder和浮点宏功能。

至于1.5TFLOP的浮点运算是如何计算出的,笔者也作了详细的了解:Arria 10器件10AX066含有660 kLE的逻辑,以及1688个DSP模块,总共有1688个浮点加法器和1688个浮点乘法器。运行在450 MHz的总计3376个浮点运算器性能达到了1520 GFLOPS。德州仪器、Nvidia和AMD也都是采用这一峰值浮点性能判定方法计算其DSP和GPU的峰值GFLOPS的。

而采用Intel 14nm三栅极工艺制成的高端FPGA和SOC Stratix 10系列单精度浮点运算可以达到10TFLOP的水平。

浮点模块与现有设计是后向兼容,对定点性能没有影响。DSP设计人员可以选择定点或者浮点模式,每一个DSP模块都可以独立运行。

极大提高设计效能及资源使用效率

加入硬核浮点模块带来的提升是巨大的,它极大的提高了设计人员的效能,也释放了FPGA的逻辑资源,使其可以供其他任务使用,为设计产品的迅速面市提供了可靠保障。

 

以前的系列,如果想要进行浮点设计的话,需要先建立设计,然后进行人工转换,将浮点转换为定点,在FPGA中实现(定点)。此外,还需验证转换过程当中的准确率,如果设计方面有任何的修改或变化,都需要重新把这些流程再进行一遍。

后来,在V系列中设计流程进行了一些调整,通过软核来实现。也就是说,如果客户还要进行浮点的设计,在FPGA当中通过软件就可以实现。但问题是,性能不那么优异,可能还会使用大量的逻辑器件,带来时序收敛方面的问题,会要花更多的一些时间。

在Arria 10和Stratix 10当中, FPGA中集成了硬核浮点DSP。在进行浮点设计时,在FPGA中通过硬核浮点就可以实现,不需要验证是否正确,也没有时序收敛的问题,节省了大量的时间。

此外,资源效率方面带来的提升也是巨大的。在过去,实现浮点运算功能的话需要定点的DSP模块加上很多的逻辑资源。比如有3000个这样的DSP模块,把这些模块用完之后,可能逻辑器件就不够用了。现在所有的DSP模块都可以使用,可以释放数千个这样逻辑资源。此外节省了很多的逻辑资源,功耗也会有所降低。

DSP、GPU应用市场将受到冲击

Albert Chang先生在采访中特别提到目前最小的Arria 10系列的产品就相当于德州仪器现在最优的DSP处理器。在性能上Arria 10系列完全可以替代高性能的DSP处理器,甚至在某些场合可以取代GPU,因为其在功耗、时延和连接到网络的便利性方面,都拥有优势,此外FPGA还可以设计为在高温下工作。

大家关心的产品价格问题,虽然具体的数字这次并没有透露,但是Michael Parker强调具备硬核浮点运算功能的FPGA比市场上一些没有浮点运算功能的FPGA的价格应该是具有竞争力的。

 

在中国的机会巨大

在谈到该系列产品的应用领域时,Michael Parker特别提到了中国正在进行的无线网络建设。现在很多基站LTE基带运算是通过DSP处理器或者是专门定制化的硬件来实现的。基站遍布全球各地,都是分散的,如果有一些新的功能,新的特征想要加进来,或者想要升级的话就会比较困难。新的架构希望把这些处理能力都集中起来,让服务器来处理。如果有新的标准出现,要进行升级都可以集中完成。所以像这么大的一个处理能力是DSP或者CPU没有办法来应对的。对于软件工程师来说,新的无线标准需要更大的运算能力,Altera推出的这种带硬核浮点运算的FPGA可能就是一款非常适合他们需求的产品。

此外浮点FPGA产品,对客户来说是比较容易使用的。它不需要像定点的FPGA,需要丰富的经验和知识,也不需要用那么长的开发时间来进行正确与否的验证等等。所以Altera认为中国的客户可能会更倾向于使用这种浮点的FPGA产品。

作为业界第一款支持硬核浮点DSP的FPGA产品,它的推出大大简化了之前在FPGA中进行浮点运算设计的流程,也大大缩短了产品开发上市的时间。FPGA产品在SoC化的道路上越走越远,功能也越做越强,而硬核浮点DSP模块的加入使其更加如虎添翼。

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