物聯(lián)網(wǎng)云管端的FPGA應(yīng)用是怎么一回事

隨著大數(shù)據(jù)和云計(jì)算的落地，FPGA（現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯器件）在數(shù)據(jù)中心，基站等IT通信設(shè)備上正成為主流，風(fēng)起云涌的人工智能更加速了FPGA在超級(jí)數(shù)據(jù)中心中的應(yīng)用，“云管端”可以大致對(duì)應(yīng)云計(jì)算、霧計(jì)算和邊緣計(jì)算， 區(qū)別在于計(jì)算能力、功能模塊、位置節(jié)點(diǎn)和應(yīng)用場(chǎng)景的不同。FPGA的嵌入式應(yīng)用進(jìn)一步擴(kuò)展到消費(fèi)電子、汽車(chē)電子、工業(yè)控制、測(cè)試測(cè)量等領(lǐng)域， 不僅僅發(fā)生在對(duì)計(jì)算要求高的云端，而且還會(huì)出現(xiàn)在數(shù)量更加龐大的物聯(lián)網(wǎng)邊緣端。

2010年華為首先提出“云管端”概念，目前“云管端”概念已經(jīng)延伸到其他行業(yè)。

“云（Cloud）”既可以指為用戶提供云計(jì)算和大數(shù)據(jù)等云服務(wù)的集合， 也可以是一種數(shù)據(jù)匯聚和計(jì)算處理的模式， 還可以指設(shè)備的云化、電信業(yè)務(wù)的云化、電信業(yè)自身IT設(shè)施的云改造等。當(dāng)然， 我們也可以簡(jiǎn)單理解為數(shù)據(jù)中心;

“管（Channel）”是指管道，鏈接“云”和“端”之間的設(shè)備和服務(wù)都可統(tǒng)稱(chēng)為管道，提供信息傳輸能力， 包括交換機(jī)、路由器、無(wú)線基站、有線接入等設(shè)備和服務(wù);

“端（Device）”比較容易理解，是指智能設(shè)備終端（手機(jī)、數(shù)據(jù)卡、平板電腦、機(jī)器人、工業(yè)設(shè)備等能上網(wǎng)的終端設(shè)備）， 主要包括物理終端、操作系統(tǒng)軟件和人機(jī)界面接口等。

“云”上的FPGA應(yīng)用

云端的FPGA的主要功能是計(jì)算。用于數(shù)據(jù)中心、人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)、云計(jì)算和工業(yè)云平臺(tái)。云端的FPGA應(yīng)用屬于高端高利潤(rùn)市場(chǎng)，主要由賽靈思和Intel PSG部門(mén)（注：Intel收購(gòu)的Altera公司）把持，其他廠商很難進(jìn)入這個(gè)市場(chǎng)。

云端的人工智能最近非常熱門(mén)，主要包括“離線訓(xùn)練”和“在線判斷和服務(wù)”兩種方式。離線訓(xùn)練是指利用海量數(shù)據(jù)輸入，通過(guò)合適的訓(xùn)練方法，實(shí)現(xiàn)和驗(yàn)證人工智能算法模型。而在線判斷和服務(wù)是指利用訓(xùn)練出來(lái)的算法模型做出判斷，在線響應(yīng)用戶的請(qǐng)求。

GPU有很好的計(jì)算能力， 目前主要用在離線訓(xùn)練上，而在在線判斷和服務(wù)方面，F(xiàn)PGA的能耗效率（性能/能耗）和成本效率（性能/價(jià)格）都比GPU更好。在云端數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域，采用FPGA的服務(wù)器應(yīng)用越來(lái)越多。亞馬遜Web Services和百度大腦都在采用賽靈思和Intel PSG的FPGA支持云服務(wù)，作為在線判斷和服務(wù)的人工智能專(zhuān)用芯片。 百度的AI Silicon FPGA集群擁有數(shù)十萬(wàn)臺(tái)服務(wù)器，已經(jīng)部署成為國(guó)內(nèi)最大的GPU/FPGA集群，采用先進(jìn)的集群操作系統(tǒng)來(lái)統(tǒng)一管理，成為國(guó)內(nèi)率先推出可用的FPGA云服務(wù)的廠商。

“管”中的FPGA應(yīng)用

通信行業(yè)的管道（基站、基站控制、承載、傳輸?shù)龋┐罅渴褂肍PGA。通信行業(yè)是需要實(shí)際功能測(cè)試和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試來(lái)進(jìn)行產(chǎn)品迭代設(shè)計(jì)的， 不能等到標(biāo)準(zhǔn)成熟才做芯片和產(chǎn)品。 所以各設(shè)備廠家為了縮短上市時(shí)間，搶占技術(shù)先機(jī)，會(huì)在標(biāo)準(zhǔn)還未凍結(jié)之前就推出原型樣機(jī)，甚至小批量產(chǎn)品。所以FPGA成為通信廠商們的不二選擇，一邊討論協(xié)議，一邊用FPGA開(kāi)發(fā)產(chǎn)品，在客戶那里一邊測(cè)試，一邊修改版本。

通信行業(yè)下一個(gè)增長(zhǎng)的大潮應(yīng)該是5G和物聯(lián)網(wǎng)，3GPP第一個(gè)5G標(biāo)準(zhǔn)今年12月初凍結(jié)，預(yù)計(jì)將于2020年開(kāi)始部署，并在2023年達(dá)到頂峰。而即將到來(lái)的物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，NB-IoT等物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)也在不斷演進(jìn)，協(xié)議不斷更新，快速的發(fā)展變化推動(dòng)了FPGA在5G和物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用。

在整個(gè)通信管道中，越靠近終端側(cè)，設(shè)備的數(shù)量越多，用的FPGA量也越多，而越靠近核心網(wǎng)側(cè)，用的FPGA數(shù)量越少，但價(jià)格更貴。在協(xié)議完全凍結(jié)后，各設(shè)備廠家會(huì)逐步以ASIC來(lái)替代之前的FPGA，因此FPGA在通信領(lǐng)域主要在初、中期應(yīng)用比例高，后期可能會(huì)被ASIC替代，只留下一些接口類(lèi)的FPGA。在通信管道領(lǐng)域，主要是賽靈思和Intel PSG之間的競(jìng)爭(zhēng)，別的廠商很難進(jìn)入這個(gè)市場(chǎng)。

“端“里的FPGA應(yīng)用

FPGA目前在智能終端設(shè)備上已經(jīng)開(kāi)始廣泛應(yīng)用，如無(wú)人駕駛汽車(chē)、機(jī)器人、安防監(jiān)控、電子半導(dǎo)體測(cè)試設(shè)備、醫(yī)療設(shè)備、工廠自動(dòng)化設(shè)備、軍用設(shè)備、消費(fèi)電子產(chǎn)品、物流運(yùn)輸、AR/VR和游戲設(shè)備等。FPGA在這些終端設(shè)備中的應(yīng)用主要考慮能耗效率（性能/能耗）和成本效率（性能/價(jià)格），而在消費(fèi)電子行業(yè)中，這種對(duì)功耗和性價(jià)比的追求更是達(dá)到了極致。

FPGA在智能終端的應(yīng)用主要包括三方面：互聯(lián)（感知周?chē)氖澜纾c外界建立連接）、計(jì)算（對(duì)收集到的數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行處理和判斷，通過(guò)人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)等建立對(duì)外界的認(rèn)知）和控制（智能地響應(yīng)外部請(qǐng)求，做出相應(yīng)的動(dòng)作和反饋）。

來(lái)源：朗銳智科