以FPGA力拼AI、大數據應用，英特爾推出伺服器級加速卡

面對機器學習、人工智慧（AI）的應用與日俱增，我們除了透過效能更強大的CPU、GPU來因應運算需求，有不少廠商開始積極投入FPGA（Field-Programmable Gate Array）架構的應用，而伺服器與個人電腦處理器大廠英特爾，也在2015年併購Altera，正式跨入該領域產品與技術的發展，接著，在2016年11月於美國舊金山所舉行的AI Day大會上，將FPGA列為支撐AI時代的四大關鍵技術之一。

去年11月，英特爾在美國舊金山召開Intel Artificial Intelligence Day的活動，我們應邀參加，在這次大會上，他們提出了因應人工智慧時代來臨的發展願景，並向與會者報告英特爾本身的產品與技術，以及想要提供的使用者體驗，若要達成這個目標，英特爾認為可透過4大技術作為基礎，FPGA正是其中之一。

既然如此，該公司先前在2015年併購FPGA大廠Altera，所象徵的意義也就更為顯著了，而在納入英特爾之後，Altera是以Programmable Solution Group（PSG）的業務單位型態存在。

簡而言之，中央處理器在面臨資料處理的繁重負擔時，可將這些作業移交給FPGA，而且彼此是以線上連接的方式形成處理架構，達到加速的效果，而且無論I/O負載是從網路傳入，或是處理器本身的負載，均可支援直接卸載到FPGA來執行。

過去以來，在異質運算的應用上，多數人經常看到的作法，是以CPU搭配GPU來進行。事實上，在許多整合式設備裡面，也會運用CPU搭配專用的加速器晶片ASIC，例如網路防火牆設備，或是以CPU搭配多用途的加速器晶片FPGA，像是工業控制電子系統。

而當現今各種創新技術如雨後春筍般出現之際，舉凡人工智慧的推理、機器學習、大數據分析、5G連網、軟體定義儲存、網路功能虛擬化，都需要借助上述這些加速運算技術之力，尤其是具有高度可程式化特性的FPGA最被看好，因為用戶能彈性地加以運用，並且透過硬體加速的方式來因應各式需求。

至於產品的發布上，早在2013年，Altera就推出了第10代的FPGA與系統單晶片（SoC）等封裝形式的產品，發表鎖定高階領域的Stratix 10，以及針對中階的Arria 10，並且分別運用了英特爾的14奈米Tri-Gate製程，以及台積電（TSMC）的20奈米製程。而在低階、低功耗系統的部分，直到2017年2月，才推出了Cyclone 10系列。

資料來源：英特爾，iThome整理，2017年12月

英特爾旗下的FPGA運算平臺，依照效能高低，可區分為4大產品線：Stratix 10、Arria 10、Cyclone 10、MAX 10。

以其中的Arria 10為例，今年英特爾陸續釋出多種整合應用的消息。例如，針對FPGA用於深度學習與卷積神經網路的運作效能，他們與電信設備廠商中興（ZTE）在1月公布了測試數據——在臉部辨識上，每秒可處理1千張圖片，將設備原始設計的效能提升到10倍以上，並且仍能維持精準度。

而在2月舉行的CES大展上，英特爾發表基於Arria 10 FPGA的自動駕駛車平臺Intel GO，以及運用Arria 10 GX的自動駕駛車等級的解決方案。

著，在6月宣布支援NEC的臉部辨識引擎NeoFace，NEC將軟體智慧財產整合到Arria 10 FPGA，比起先前解決方案，可提供更高的效能與相同的精準度。

到了10月，英特爾特別宣布推出基於Arria 10 GX晶片的FPGA加速卡，全名為Intel Programmable Acceleration Card with the Intel Arria 10 GX FPGA，可簡稱為（Intel PAC with A10GX），是Intel Programmable Acceleration Card系列的第一款產品，可提供OEM廠商組合而成伺服器加速解決方案，讓用戶能夠選購。至於這款加速卡大量出貨的時機，預計會是2018年上半。

Intel PAC with A10GX是一張PCIe介面卡，外面包覆了一層散熱片，難以了解組成的元件，而根據英特爾公布的架構圖與規格資料來看，核心是Intel Arria 10 GX FPGA，英特爾提到這顆處理器擁有115萬個邏輯單元（logic elements），若從這項規格來推論，確切的處理器型號應為Arria 10裡面的GX 1150。
除此之外，Intel PAC with A10GX還配置了2支8GB容量的DDR4記憶體、支援錯誤修正碼（ECC），以及128MB的快閃記憶體、可支援10GbE和40GbE的QSFP光纖網路收發器連接埠，並且內建了FPGA Interface Manager的軟體，並且支援Acceleration Stack for Intel Xeon CPU with FPGAs架構。
所以，單就上述規格而言，Intel PAC with A10GX具有運算、儲存、網路處理的能力，再加上軟體的提供與支援，幾乎就是一套軟硬體兼具的微型系統。

在產品實際搭配的形式上，Intel PAC with A10GX可安裝在基於Xeon處理器架構的伺服器，英特爾強調，在這樣的架構下，能以最省電的方式，支援複雜、資料密集型的應用系統，例如人工智慧的推論處理、影片串流的分析、資料庫加速等。

圖中是Dell EMC在上半年舉行的全球用戶大會，針對第14代PowerEdge伺服器的部份，提到關於預定能夠搭配FPGA的機型，而這裡用到的部份，有可能是Intel PAC with A10GX。

而Intel PAC正式登場之後，其實，這系列產品的布局，也關係到該公司稍早（9月）所提倡的加速堆疊架構——Acceleration Stack for Intel Xeon CPU with FPGAs。基本上，這套架構包含API介面、標準軟體框架、加速的軟體程式庫、開發工具，以及加速環境，讓開發者能夠以高階的角度來進行工作，而不需要擔心底層FPGA的處理，並且有助於用戶未來將程式碼轉移到新的平臺上。

值得一提的是，英特爾針對FPGA應用提供的開發工具裡面，除了該公司既有的Parallels Studio XE，以及Altera的Quartus Prime，還增加了一套軟體開發套件——Intel FPGA Software Development Kit (SDK) for OpenCL；對於通用存取介面的部分，英特爾同時提供了加速引擎技術，稱為Open Programmable Acceleration Engine（OPAE），能與Intel PAC with A10GX內建的FPGA Interface Manager軟體，相互協同合作。

產品資訊

Intel Programmable Acceleration Card with the Intel Arria 10 GX FPGA
●原廠：Intel(02)6622-0000
●建議售價：廠商未提供
●外型：半長半高PCIe介面卡
●採用處理器：Intel Arria 10 GX FPGA（10AX115N2F40E2LG，邏輯單元為115萬個），TSMC 20奈米系統單晶片製程
●重要元件：2支8GB DDR4記憶體、128MB Flash記憶體
●I/O介面：PCIe 3.0 x8（外觀為x16）
●傳輸介面：QSFP埠（可支援40GbE或4個10GbE）
●耗電量：約60瓦

【註：規格與價格由廠商提供，因時有異動，正確資訊請洽廠商】