原标题：边缘计算时代，FPGA拥有无穷的潜力

　　我们都知道边缘计算的提出是相对而言的，相较于集中式存储、处理的云计算，边缘计算更显效率和灵活性。这样的本质区别让边缘计算很难像云计算一样制定成熟的产业标准，虽然各云计算组织制定的标准也很难兼容，但是巨头效应和地域效应让云计算的标准可以大规模适用。而面对分门别类的边缘计算，没有哪一个公司敢言自己能够制定一个适用于大部分行业或者一个大区域的标准。

　　没有既定的标准就要求边缘计算参与厂商有随机应变的能力，去适应各行各业因需求而生的特制标准。Achronix 战略产品规划副总裁 Manoj Roge 表示：“Achronix 更相信应用特定行业的标准基准测试。应用特定基准的一个很好的案例是机器学习(ML)，大多数芯片供应商都使用 Tops(即每秒万亿次操作)来作为他们的营销基准测试结果。真正重要的是特定机器学习网络的应用基准测试。”

　　他指出，行业内最常用的是 ResNet-50 网络的“图像 / 秒”指标，即使它是一种较旧的网络。

　　在论述云计算和边缘计算之间的关系时，Manoj Roge 看到了两者之间即互补又充满竞争的关系。他讲到：“与云计算不同，没有一种架构可以去适用于各种边缘数据中心。很少有客户希望建立自己的边缘数据中心或基础架构设备，即通常称为本地端上(内部)的部署。其主要目的是保持他们不愿意发送到云的数据的安全性；在许多情况下，云服务供应商可能是他们的直接竞争对手。”

　　同时，在 Manoj Roge 看来，没有既定标准且需求碎片化的边缘计算市场将是 FPGA 的大舞台，对于提供高性能、高密度 FPGA 方案的 Achronix 而言也是重大的历史性机遇。他对此表示：“可以想象，每个企业客户或运营商在构建他们自己的边缘部署过程中，都可能需要针对其独特需求进行自定义配置。部署基于 FPGA 的加速器可实现对不同的边缘基础架构设备进行定制，并加快上市时间。”

　　最重要的原因在于：FPGA 最大的价值之一就是它们是可重新配置的。

　　根据 Manoj Roge 的描述，“Achronix 坚信，由 5G、人工智能、自动驾驶和物联网驱动的边缘计算将是历史性的机遇。Achronix 意识到了这一趋势，并制定了我们的产品战略以充分利用这一机遇。通过引入嵌入式 FPGA(eFPGA)业务模式，我们成为了颠覆 FPGA 行业的先驱。我们采取了一切推倒重来的方法对我们的 7nm 架构进行了优化，其结果是：我们 7 纳米的独立 FPGA 芯片以及专为边缘基础设施部署设计的 eFPGA 都实现了最佳的性能 / 功耗 / 成本比率。”

　　他对此详细解释称：

　　当 Achronix 在为自己的产品设计架构时，我们明确知道自己所专注的几个关键的边缘计算应用，以及我们的目标是提供最引人注目的端到端的应用性能。到目前为止，我们看到了为多种工作负载带来的令人激动的结果。

　　业内皆知的是：对于任何固定功能，采用 ASIC 实现方式将提供最佳的 PPA(性能、功耗、面积)结果。但是需要注意的是，现代的工作负载和算法都在不断发展。FPGA 最大的价值之一就是它们是可重新配置的；因此，即使在硬件已经被部署到现场之后，也可以随时更新设计。FPGA 的适应性为边缘计算中不断变化的工作负载提供了面向未来的机会。

　　重新编程不会危及到安全性，但是在 FPGA 中实现关键 IP 的时候，反过来也有助于解决一系列所遇到的安全威胁。通过添加或修改专门针对全新攻击而设计的 IP 模块，就可以避免新的攻击。如果将来出现漏洞，则可以更新协议。通过更改算法实现方式，全新的、无法预料的侧信道攻击可以被避免。为了进一步进行保护，可以为同一个设计创建多个实例，以便于产生不同但等效的版本，从而使攻击变得更加困难。

　　Manoj Roge 讲到：“边缘计算目前及未来都将保持多年的活跃性并不断发展。人们希望实现可以快速部署的、优良的解决方案。FPGA 支持硬件解决方案不必锁定当前的最终实现手段。在 5 到 7 年内，当 ASIC 变得更高效时，我们可能会看到二者的融合。在此期间，在 ASIC 解决方案不可行的地方，FPGA 提供了快速的产品上市和可用性。”

　　同时，Manoj Roge 指出 FPGA 将能够帮助边缘计算产品面对 5G 时代更为严峻的挑战。“5G 的两个关键承诺是更高的性能和更低的延迟。我们无法使用传统的架构是因为在传统架构中所有的工作负载都在 CPU 上运行，并且应用的数据通路都在软件级别上实现。这种传统架构不会提供合适的性能、确定性和更低的延迟。在边缘收集的数据也无法被发送到云端进行计算，也无法发送回边缘。通过网络形成的延迟将无法满足应用的要求。”他说到。

　　他以自动驾驶为例。自动驾驶是边缘计算的最佳示例，许多人将具有等级 3 及以上自动驾驶能力的汽车称为车轮上的数据中心。所有计算都必须在汽车中完成，以在几毫秒内做出驾驶决策。此外，当车辆连接到基础设施(V2X)上时，从边缘到车辆的数据传输带来的任何延迟都可能导致事故。

　　面对 5G 时代更高的边缘计算要求，Manoj Roge 认为 FPGA 将会为企业赋能。他说：“通过专用数据路径，FPGA 既可提供更高的性能，以及可确定的和更低的延迟。即使在云端，我们也可以说在共享资源上完成的计算可能无法保证可确定的延迟。”

　　作为一家专业从事 FPGA 开发和设计的公司，面对边缘计算带来的历史性机遇，Achronix 为客户提供高效率的 FPGA 开发平台。根据 Manoj Roge 的介绍，我们整理出以下内容：

　　Achronix 产品的关键应用是在云端和边缘、网络连接、存储加速和自动驾驶等领域中的运算加速。这些应用都要求高带宽数据处理，非常适合 FPGA 或 eFPGA 加速器。

　　Achronix 采取双管齐下的战略来应对边缘计算。Achronix 的 Speedster7t FPGA 系列芯片将为云计算和边缘计算的基础架构部署提供最佳性能，同时 Achronix 的 Speedcore 嵌入式 FPGA IP 可以被集成到客户的特定应用芯片(ASIC)或系统级芯片(SoC)中，以用于 5G、自动驾驶、机器学习和计算存储细分市场等大容量边缘应用中。随着边缘计算中的算法和架构不断向前发展，显然需要硬件的可编程性，以满足这些细分市场中的实时功能对性能和延迟的要求。

　　Achronix 优势在于：其 FPGA 逻辑阵列是针对这些类型的工作负载而设计的，包括高速接口和新颖的片上网络，以确保数据可根据应用要求规定被传输至器件内部和外部。

　　Speedcore eFPGA 使 SoC 设计人员可以对逻辑、存储和数字信号处理器(DSP)资源进行自定义，以使其完美地适用于特定的应用。这是其他主要的 FPGA 供应商都无法为其客户提供的独特功能。Achronix 的 Speedster7t 独立 FPGA 芯片在计算、网络、存储加速、仪器仪表和高性能计算(HPC)工作负载等领域内已经和客户展开了积极的合作并进入了多项系统设计。Achronix 还与客户在 5G 基础架构和自动驾驶应用方面展开了类似的合作，其中 Speedster7t 用于试点部署，以及为大批量集成 Speedcore 铺路。

　　对于边缘计算应用要求的低功耗，Achronix 认为，功耗总是和性能齐头并进。Achronix 的途径是去提供最具竞争力的性能和功耗，这首先基于选择最佳的工艺节点。Achronix 正在基于台积电的 7 纳米 FinFET 工艺来打造最新一代的产品，在业界当前工艺节点中提供最低功耗。

　　其次，Achronix 推动了经过深思熟虑的架构创新，以优化功耗。Achronix 专注于架构优化的三个关键支柱：

　　1)构建最高效的计算单元模块(对通用计算逻辑和机器学习进行优化以实现最高效的推理)；

　　2)构建合适的存储层次结构和带宽；

　　3)通过用真正的二维片上网络(NoC)覆盖传统 FPGA 路由，来构建最高效的数据传输。最终推出了 FPGA 行业中最具竞争力的性能 / 功耗比率。

　　关于安全性，Achronix 构建了最稳健的比特流安全防护引擎。如果 FPGA 要装载关键 IP，那么它必须非常安全。Achronix 提供业界领先的安全单元模块，用于保护 FPGA 配置的完整性和安全性。该可选单元模块提供了多个级别的身份验证，在安全单元模块将要开始解密配置之前，RSA 公 / 私钥的身份验证就开始了。256 位 AES-GCM 加密被用来为配置提供强大的加密和身份验证。为了防止侧信道攻击，我们使用了旋转密钥，并且采用了硬件 DPA 对策。Achronix 还可以通过利用物理上不可克隆的功能来帮助保护安全密钥存储。在 Speedster 和 Speedcore 中实现的比特流安全架构可总结如下图：

　　业者预计，到 2022 年中国物联网终端设备数量将达到 44.8 亿个的数量，按照 50%部署边缘计算，也将达到 22.4 亿个的设备数量，这是巨大的市场容量。针对中国边缘计算市场，Achronix 同样给予重视。“FPGA 支持专门针对不同市场进行优化的解决方案。安全再次成为了一个很好的案例，不同国家的政府通过使用专有的加密密码来确保实现安全算法。借助 FPGA IP 授权模式，Achronix 可以独具一格地支持客户利用经过验证的高性能和功耗优化的 FPGA 架构来实现自定义方案。Achronix 正在寻找可以使用 Speedcore eFPGA 并为中国市场开发特定解决方案的合作伙伴。” Manoj Roge 最后说。