Altera：展望2015 物聯(lián)網(wǎng)意想不到的結(jié)果

當(dāng)我們展望2015年時(shí)，發(fā)現(xiàn)很多支持可編程邏輯業(yè)界發(fā)展的動(dòng)向最近幾年仍然在發(fā)揮作用。ASIC/ASSP設(shè)計(jì)成本螺旋式上升，功能也越來越不確定，大批量應(yīng)用的機(jī)會(huì)越來越少。但是也出現(xiàn)了新動(dòng)態(tài)。

在這一點(diǎn)，可能您希望看到的三個(gè)字是物聯(lián)網(wǎng)(IoT)——2014年談?wù)撟疃?、捧的最高的詞。人們努力讓IoT投入使用而帶來的兩個(gè)意想不到的結(jié)果將成為業(yè)界發(fā)展趨勢(shì)，我們相信，這對(duì)于FPGA是很大的機(jī)遇。

作者：John Daane

總裁、CEO兼董事會(huì)主席，Altera公司

IoT理念

IoT背后的概念很簡(jiǎn)單：如果一個(gè)設(shè)備是由電子電路控制的，那就把控制器掛到互聯(lián)網(wǎng)上。設(shè)備有了自己的IP地址后，就增添了新能力。采用智能電話或者云端應(yīng)用程序，它能夠報(bào)告狀態(tài)、發(fā)送數(shù)據(jù)，或者接收命令。

連接到互聯(lián)網(wǎng)也觸發(fā)了遷移過程。設(shè)計(jì)人員可以使用云端軟件在設(shè)備中增加功能，甚至使用大數(shù)據(jù)分析功能來豐富設(shè)備的性能。例如，想象一個(gè)便攜式超聲設(shè)備，調(diào)整其成像儀，根據(jù)極重的圖像處理任務(wù)來指導(dǎo)其用戶，將結(jié)果與全球以前的圖像、診斷結(jié)果和輸出產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比。

而設(shè)計(jì)人員也會(huì)使用這種連接把設(shè)備的智能部分拿出來放到云端。這樣，設(shè)備的成本降低了，更易于便攜，也很容易更新功能。最終結(jié)果是設(shè)備就是一組具有網(wǎng)絡(luò)接口的傳感器和激勵(lì)器，全部連接到互聯(lián)網(wǎng)來控制軟件。

我們已經(jīng)看到這一過程在工作了。蘋果的Siri等智能電話服務(wù)就是在云端執(zhí)行的，而不是在手機(jī)上。在網(wǎng)絡(luò)空間，網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化通過運(yùn)行在數(shù)據(jù)中心服務(wù)器上的軟件替代了專用網(wǎng)絡(luò)硬件的全部功能?？雌饋鞩oT的未來是充滿了低成本微小傳感器和激勵(lì)器，通過互聯(lián)網(wǎng)連接至大數(shù)據(jù)中心。

但是這一簡(jiǎn)單的看法有兩個(gè)很大的問題。每一個(gè)問題都會(huì)成為發(fā)展趨勢(shì)。

數(shù)據(jù)中心加速

第一個(gè)問題以及第一種發(fā)展趨勢(shì)是在數(shù)據(jù)中心內(nèi)部，在硬件中完成的任務(wù)被遷移到運(yùn)行在服務(wù)器的軟件中。有時(shí)候這種轉(zhuǎn)換很簡(jiǎn)單。有時(shí)候只有您把任務(wù)分解成很多線程，將線程分配給很多服務(wù)器時(shí)，才能實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換。問題是，有時(shí)候甚至是多線程也不能讓軟件很快的運(yùn)行。有時(shí)候您不得不通過硬件加速來幫助服務(wù)器來滿足任務(wù)的實(shí)時(shí)要求。

經(jīng)驗(yàn)表明——包括Altera參與開發(fā)的網(wǎng)絡(luò)巨頭微軟的必應(yīng)和百度等，非常靈活而且具有很強(qiáng)并行處理能力的FPGA能夠提高吞吐量，縮短響應(yīng)時(shí)間，提高能效，與服務(wù)器CPU很好的配合工作。這一趨勢(shì)的關(guān)鍵一點(diǎn)是讓FPGA編程和調(diào)試能夠在數(shù)據(jù)中心編程人員熟悉的語言環(huán)境中完成。例如，Altera的OpenCL工具支持編程人員采用高級(jí)語言開發(fā)并調(diào)試完整的CPU與FPGA相接口的平臺(tái)。

豐富了網(wǎng)絡(luò)

另一個(gè)問題是目前的互聯(lián)網(wǎng)并不適合IoT，主要有三方面的原因。首先，互聯(lián)網(wǎng)邊緣的WiFi和以太網(wǎng)連接需要大功率接口，而且這種接口要一直保持工作。而這恰恰與所有這些微型傳感器和激勵(lì)器——物體，所要求的相反。因此，出現(xiàn)了各種各樣的短距離低功耗網(wǎng)絡(luò)連接物體和集線器，從而連接至WiFi或者以太網(wǎng)。

其次，某些設(shè)備的任務(wù)要求有保證的最大時(shí)延，例如，電機(jī)控制。如果您把控制器放到互聯(lián)網(wǎng)的另一端，您怎樣保證數(shù)據(jù)包能夠按時(shí)到達(dá)每一端? 最終，答案是新網(wǎng)絡(luò)功能，例如，時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)所開發(fā)的功能。但是現(xiàn)在，這些控制環(huán)要求在IoT集線器中提供某些實(shí)時(shí)計(jì)算功能。

第三，黑客肯定會(huì)攻擊IoT。請(qǐng)記住震網(wǎng)病毒。隨著IoT的出現(xiàn)，應(yīng)由集線器負(fù)責(zé)完成認(rèn)證、加密和功能安全?？傊?，集線器應(yīng)支持大量的超低功耗網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，各種應(yīng)用相關(guān)的實(shí)時(shí)計(jì)算負(fù)載，以及快速發(fā)展的安全任務(wù)。這種變化而且不確定的環(huán)境對(duì)于ASIC或者標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品SoC而言是可怕的事情，但對(duì)于快速而且計(jì)算效率非常高的FPGA卻是自然而然的。

在共享資源——網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)中心投資，與最終設(shè)備投資之間搖擺不定。今天，我們看到發(fā)展勢(shì)頭又從智能電話的爆炸式發(fā)展回到了4G開發(fā)投入，建立IoT外圍網(wǎng)絡(luò)及其智能集線器，以及數(shù)據(jù)中心的發(fā)展。這些將是2015出現(xiàn)的發(fā)展趨勢(shì)，Altera會(huì)提供支持。