近日，英特爾公司悄然發(fā)布了一項(xiàng)面向其芯片產(chǎn)品線(xiàn)的大規(guī)模升級(jí)方案：芯片巨頭將在近期推出一款將CPU與FPGA加以集成的新型至強(qiáng)處理器。這款至強(qiáng)+FPGA的新組合將接入標(biāo)準(zhǔn)E5 LGA2011插槽，而集成于其中的FPGA將允許每塊芯片以定制化方式處理特定工作負(fù)載。這一舉措顯然是希望能夠讓英特爾x86架構(gòu)成為一套更加出色的廣泛計(jì)算平臺(tái)，從而應(yīng)對(duì)各企業(yè)與數(shù)據(jù)中心內(nèi)多種工作負(fù)載的具體需求，同時(shí)拉攏那些原本希望從英偉達(dá)等廠(chǎng)商手中購(gòu)買(mǎi)GPGPU加速方案的客戶(hù)。

這款至強(qiáng)+FPGA的新方案也給帶來(lái)了新的爭(zhēng)論，即英特爾公司是否會(huì)考慮將FPGA引入其消費(fèi)級(jí)酷睿芯片產(chǎn)品線(xiàn)——表面上看可能性不大，但必須承認(rèn)下一代游戲與應(yīng)用程序?qū)⒃贔PGA對(duì)核心處理進(jìn)行提速后實(shí)現(xiàn)更理想的運(yùn)行效果。我們將在文章結(jié)尾對(duì)此進(jìn)行討論。

FPGA究竟是什么？

首先讓我們聊聊現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列（簡(jiǎn)稱(chēng)FPGA）。顧名思義，F(xiàn)PGA在本質(zhì)上相當(dāng)于一塊能夠在制造完成之后進(jìn)行多次重新編程的空白芯片。除了極少數(shù)例外情況，我們計(jì)算機(jī)設(shè)備當(dāng)中所使用的每一塊芯片幾乎都采取硬編碼機(jī)制（即在制造時(shí)即完成編碼），從而執(zhí)行單一功能集。我們的CPU只能夠完成英特爾或者AMD為其制定的設(shè)計(jì)處理目標(biāo)。大家無(wú)法將自己的CPU轉(zhuǎn)化為GPU。但在FPGA方面，我們能夠?qū)ζ溥M(jìn)行編碼以執(zhí)行特定功能集（例如圖形處理），而后再重新編程以處理其它類(lèi)型的工作負(fù)載（例如某些數(shù)據(jù)庫(kù)操作任務(wù)）。

FPGA的主要優(yōu)勢(shì)除了這種可定制性之外，還體現(xiàn)在其卓越的性能表現(xiàn)方面。雖然ASIC是目前為止針對(duì)特定工作負(fù)載時(shí)速度最快且執(zhí)行效率最高的處理方案（因此我們常用它來(lái)進(jìn)行比特幣挖掘），但FPGA在速度與執(zhí)行效率方面同樣相當(dāng)出色。盡管尚無(wú)法在這兩方面與ASIC相比肩，不過(guò)在犧牲部分速度表現(xiàn)的同時(shí)大家也能夠獲得可重復(fù)編程這一獨(dú)特能力（再次強(qiáng)調(diào)，ASIC在制造時(shí)即設(shè)定了所能處理的負(fù)載類(lèi)型）。

為什么英特爾要將至強(qiáng)CPU與FPGA加以結(jié)合？

在過(guò)去幾年當(dāng)中，開(kāi)始有越來(lái)越多的處理任務(wù)由本地轉(zhuǎn)向云環(huán)境之下，而英特爾公司在服務(wù)器市場(chǎng)上的霸主地位也因此受到多方面沖擊。至強(qiáng)芯片確實(shí)是一款出色的綜合性處理方案，但在部分情況下，我們需要利用其它更具針對(duì)性的芯片來(lái)處理某些特定工作負(fù)載。正是因?yàn)槿绱?，人們才開(kāi)始在Web服務(wù)器上考慮使用價(jià)格更親民且功耗更低的芯片（其根本不需要價(jià)格昂貴而發(fā)熱量驚人的至強(qiáng)芯片），而GPGPU加速方案則能夠?qū)崿F(xiàn)強(qiáng)大的并行處理效果（因此在超級(jí)計(jì)算機(jī)當(dāng)中占據(jù)著一席之地）。對(duì)于這些特定工作負(fù)載，英特爾公司陸續(xù)推出了輕量級(jí)凌動(dòng)處理器、面向超級(jí)計(jì)算機(jī)的50核心至強(qiáng)Phi協(xié)處理器以及如今的至強(qiáng)+FPGA（目前其似乎尚未獲得正式名稱(chēng)）。

英特爾公司還指出，其單在去年一年就已經(jīng)推出了“15款定制化產(chǎn)品”以滿(mǎn)足Facebook以及Ebay等大型客戶(hù)的實(shí)際需要（可能就是以至強(qiáng)為基礎(chǔ)對(duì)緩存大小以及計(jì)算核心數(shù)量進(jìn)行微調(diào)），而今年年內(nèi)其還將推出超過(guò)30款定制化設(shè)計(jì)方案。

那么此次公布的新型至強(qiáng)+FPGA產(chǎn)品的目標(biāo)何在？根據(jù)英特爾方面的說(shuō)法：“FPGA能夠?yàn)槲覀兊目蛻?hù)提供可編程且性能出色的加速能力，從而顯著提升其關(guān)鍵性算法的執(zhí)行效率?！庇⑻貭柟绢A(yù)計(jì)至強(qiáng)+FPGA能夠?qū)崿F(xiàn)高達(dá)20倍的性能提升效果（當(dāng)然，只限于那些在FPGA之上執(zhí)行而非依賴(lài)傳統(tǒng)x86 CPU的代碼——不過(guò)很明顯，由于瓶頸的消除其整體速度提升也將相當(dāng)可觀(guān)）。而另一大優(yōu)勢(shì)則在于工作負(fù)載變更——如果大家對(duì)自身的關(guān)鍵性算法進(jìn)行了調(diào)整，或者整個(gè)企業(yè)的業(yè)務(wù)核心發(fā)生了轉(zhuǎn)移，那么FPGA仍然能夠切實(shí)起效、確保我們無(wú)需為此而購(gòu)置新的硬件平臺(tái)。

就目前的技術(shù)指標(biāo)而言，我們只能給出有限的猜測(cè)性結(jié)論。Altera公司很可能負(fù)責(zé)相關(guān)FPGA芯片的制造工作，其與英特爾一直保持著密切的合作關(guān)系（其還是首批獲準(zhǔn)使用英特爾公司嚴(yán)密保護(hù)下的芯片代工設(shè)施的廠(chǎng)商之一）。FPGA一般擁有龐大的體積（這是使用可編程門(mén)所承受的必要之痛），而LGA2011至強(qiáng)E5芯片封裝基板上顯然沒(méi)有太多閑置空間，因此我們猜測(cè)雙方會(huì)想辦法努力壓縮FPGA的體積。另外，如果FPGA能夠利用至強(qiáng)的自身緩存，及其它部分低級(jí)資源，那么可能會(huì)在一定程度上提升空間利用效率。（英特爾方面指出，至強(qiáng)與FPGA之間存在一個(gè)‘低延遲一致性接口’，但并沒(méi)有具體加以解釋。）

芯片巨頭并沒(méi)有給出這款產(chǎn)品的具體價(jià)格或者上市時(shí)間——不過(guò)很明顯，其絕不是款便宜的產(chǎn)品（目前頂級(jí)至強(qiáng)處理器仍然要價(jià)數(shù)千美元）。英特爾公司希望這套至強(qiáng)+FPGA方案能夠讓企業(yè)客戶(hù)意識(shí)到x86架構(gòu)仍然大有可為，從而阻止他們轉(zhuǎn)移至競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的架構(gòu)方案當(dāng)中（例如英偉達(dá)打造的Tesla GPGPU）。畢竟從實(shí)現(xiàn)難度方面看，對(duì)一小部分關(guān)鍵性代碼進(jìn)行重寫(xiě)以將其運(yùn)行在FPGA之上，要遠(yuǎn)比利用OpenCL重寫(xiě)整款應(yīng)用程序簡(jiǎn)單得多。

最后讓我們?cè)僮鳇c(diǎn)思維拓展：如果這次小小的至強(qiáng)+FPGS實(shí)驗(yàn)性嘗試獲得了成功，那么我們何時(shí)才會(huì)見(jiàn)到酷睿+FPGA芯片的面世呢？抑或是GPU+FPGA產(chǎn)品？想象一下，如果我們可以將游戲引擎的核心部分交由FPGA負(fù)責(zé)打理——例如物理引擎或者敵人AI，或者是將PC設(shè)備操作系統(tǒng)的核心部分由FPGA運(yùn)算，簡(jiǎn)直想想就讓人激動(dòng)。