FPGA skal sætte fart på Intels processorer
more_vert
close

Få de daglige nyheder fra Version2 og Ingeniøren. Læs mere om nyhedsbrevene her.

close
Ved at tilmelde dig accepterer du vores Brugerbetingelser, og at Teknologiens Mediehus og IDA-gruppen lejlighedsvis kan kontakte dig om arrangementer, analyser, nyheder, tilbud mm via telefon, SMS og email. I nyhedsbreve og mails fra Teknologiens Mediehus kan findes markedsføring fra samarbejdspartnere.

FPGA skal sætte fart på Intels processorer

Illustration: Das Büro

Intels næste skridt i kampen om kraftigere mikroprocessorer kan meget vel være at lægge FPGA-blokke ned i processoren (Field-Programmable Gate Array, en chip, der indeholder programmerbare logikkomponenter). Det vil give en unik mulighed for at lægge gentagne og beregningstunge algoritmer i FPGA’en frem for i softwaren.

Mange algoritmer vil kunne afvikles 10 eller måske 100 gange hurtigere i en FPGA-blok frem for i software.

»Intels ledelse giver udtryk for, at det er den vej, man vil gå. Der er stor interesse i Intel for at bruge FPGA, men jeg tør ikke garantere, hvornår den kommer,« siger Nikolaj Hanson fra udviklingshuset Prevas.

Han har i flere år fulgt udviklingen af komponenter, blandt andet FPGA-chips og CPU’er, tæt.

»En processor med FPGA vil give meget stor regnekraft. Man kan kun komme en del af vejen med en grafikprocessor. Men med en FPGA kan man få en meget kraftig beregningsenhed,« understreger han.

Den vil ikke mindst være interessant for forskningsverdenen, inden for medicinsk diagnosticering og highspeed-trading:

»Der er sikkert også mange computerspillere, som vil være villige til at betale ekstra for en computer med den kombination. Først i næste række vil det blive brugt af almindelige pc-brugere.«

Opsigtsvækkende alliance

Der har i flere omgange været rygter om, at Intel var ved at købe en FPGA-producent, men det er endnu ikke sket. De mest oplagte opkøbskandidater ville være de to store FPGA-producenter Xilinx og Altera.

I februar indgik Altera og Intel imidlertid en aftale om, at Altera i fremtiden kan producere sine FPGA’er på Intels chip-fabrikker, der er kendt som verdens bedste.

Det er opsigtsvækkende, dels fordi Intel ikke hidtil har åbnet sine fabrikker i nogen nævneværdig grad, dels fordi hverken Altera eller Xilinx hidtil har fået sine chips produceret hos Intel. En enkel forklaring kunne være, at Intel har fået mere overskydende plads på sine chip-støberier.

Nikolaj Hanson ser aftalen som et muligt skridt mod en processor med indbygget FPGA:

»Intel har i mange år været ude efter en FPGA-producent, så de kan lægge FPGA ind i deres processorer. Det kunne tyde på, at Intel er kommet tættere på sådan en alliance.«

Peter Ekner, produktchef hos Napatech, der er storforbruger af højt­ydende CPU’er og FPGA’er, ser også et mønster.

Intel åbner sig om teknologien

»Intel gør nogle ting nu, som vil bringe dem i en situation, hvor det bliver muligt at integrere CPU og FPGA. De får Alteras FPGA’er over på deres egen teknologi. Det viser, at Intel er seriøse med at åbne deres teknologi for andre. Hidtil har det kun være småspillere, som har fået adgang. Når de to parter er blevet enige om, hvilken teknologi de skal bruge, så vil de kunne integrere de to typer chips,« påpeger han

Peter Ekner kunne godt forestille sig, at en stærk kombination af CPU og FPGA kunne være relevant for Napatechs produkter. Firmaet udvikler apparater, som analyserer netværkstrafik i real time.

»Hvis den skal være rigtigt højt­ydende, så kræver det en meget tæt integration mellem CPU og FPGA. Vi har kunder i dag, som laver beregninger over hver eneste datapakke. Det er meget tungt, hvis man bruger CPU’er. De beregninger kunne man godt lægge ind i noget FPGA, som sad tæt på CPU’en,« siger han.

Kunne Intel ikke bare selv lave sin FPGA?

»Nej, der ligger så mange års erfaring hos FPGA-virksomhederne, ikke i at lave selve chippen, men i at udvikle den software, som lægger VHDL-koden ned i FPGA’en. Så det er ikke noget, man kan lave på kort tid,« siger Nikolaj Hanson.

Han er på det rene med, at det ikke nødvendigvis er let at skabe den rigtige kombination af CPU- og FPGA-chips.

»Der er masser af problemer i at skabe et godt samarbejde mellem de to chips. Men til forskel fra tidligere har vi nogle værktøjer, som er ret pålidelige. Og Intel har ikke mere den mulighed at skrue op for clockfrekvensen,« påpeger han.

»Den mulighed bliver sværere og sværere at anvende på grund af effektniveauet og varmeudviklingen. De skal finde på nye måder at imødekomme kravet om bedre performance på. Det ville også være en god måde at imødegå konkurrencen fra eksempelvis Nvidias GPU-processorer på.«

Den amerikanske blogger og softwareingeniør Denton Gentry peger på, at mens netop Xilinx og Altera har udgivet FPGA-chips med en lille CPU tilknyttet, så kunne Intel gøre det modsatte. Intel kunne levere en moderne CPU tilføjet en lille mængde af FPGA-logik.

Nikolaj Hanson tror dog, at en mulig kombichip ville have en tem­melig kraftig FPGA-chip ind­bygget. Han forestiller sig, at en CPU- FPGA-processor kunne bestå af tre nogenlunde lige store dele, nemlig CPU, FPGA og hukommelse (cache):

»Det er bare et gæt, ud fra hvor meget de tre dele typisk fylder.«

Stellarton-chip en prøveballon

Intel lavede allerede i 2010 et design med en Atom-processor og en midrange Altera-FPGA, kaldet Stellarton-processoren.

Stellarton-processoren har senere skiftet navn til det mere tekniske ‘Atom E600C’.

»Den processor opfatter jeg som en prøveballon, Intel sendte op. En prøveballon for CPU-FPGA-teknologien,« siger Nikolaj Hanson:

»Den havde en vis succes, blandt andet til brug i overvågningskameraer og til infotainment i bilindustrien. Chippen var billig og kunne det, man kunne forvente. Jeg vil sige, at Intel til dels havde succes med den.«

Problemet var, at Intel ikke præsenterede et roadmap for processoren.

»Virksomhederne vidste ikke, hvor teknologien bevægede sig hen. Så firmaerne blev bekymrede og holdt op med at bruge den,« forklarer Nikolaj Hanson.

sortSortér kommentarer
  • Ældste først
  • Nyeste først
  • Bedste først

Ganske vist er Ingeniøren, og ing.dk, et fagblad, men mon alle kender alle de frække forkortelser ?

Og selv om forkortelsen er udskrevet helt, så ville det pynte hvis der var et link - så alle os mindre-vidende ikke selv skal søge på wikipedia - hvor der er en fin forklaring iøvrigt.

Ikke top-klasse journalistik.

  • 0
  • 0

I første afsnit står:
"(Field-Programmable Gate Array, en chip, der indeholder programmerbare logikkomponenter)."

Er det ikke nok?

Bent.

  • 1
  • 0

Nu er det sådan, viser det sig, at den elektroniske udgave på ing.dk IKKE er identisk med den trykte udgave i Ingeniøren 22/11/2013 side 10, hvor den citerede tekst IKKE er medtaget.

Du kan kritisere, at jeg ikke også læste den elektroniske udgave, men jeg har ikke haft fantasi til at forestille mig at der kunne være forskel ....

Det kan man så tænke lidt over - ud fra en række synspunkter.
Jeg finder det naturligt i den elektroniske udgave at angive "opdateret" - når det altså er tilfældet.

Desuden fastholder jeg min mening om, at journalister på ing.dk BURDE medtage links som en naturlig del af deres artikler. Tilsvarende BURDE journalister i Ingeniøren benytte fakta-bokse med QR-koder af samme grund.

  • 0
  • 0

Hej Jan
Tak for din kommentar, du har jo nok ret I at vi er mange, der blot tager akronymerne for givet og bruger dem som dagligdags ord. FPGA er helt jordnært en teknologi, der på hardware niveau kan udføre kode skrevet i et programmerings sprog, sproget man normalt bruger hedder VHDL eller Verilog. Det er godt til protokol håndtering og beregnings algoritmer. Håber det hjalp, mvh Nikolaj

  • 0
  • 0

Ifølge Diane Bryant, så vil Intel snart præsentere en ny type FPGA chip. Læs venligst:

https://communities.intel.com/community/it...

nærmere beskrevet siger hun: "We are integrating our industry leading Xeon processor with a coherent FPGA in a single package, socket compatible to our standard Xeon E5 processor offerings".

Så med andre ord kommer der en sokkel 2011 FPGA. Jeg læser det som at det bliver en kombination af en en Xeon og en FPGA chip på samme motherboard i hver sin sokkel.

  • 0
  • 0

Det er korrekt at det efterhånden bliver svært at øge klokfrekvensen. En FPGA på chippen, er dog ofte en besværlig måde at opnå større hastighed på. VLIW og flere processorkerner kan nemt være bedre til algoritmetunge problemer.

En VLIW processor kan godt forwarde data mellem ALU'erne, således en instruktion kan bruge den forriges data. Dette giver ganske vist lidt dataafhængighed, men designes processoren, så at denne forward vej er hurtig, så er muligt at udføre instruktioner i rækkefølge, også med meget stor hastighed.

Den optimale løsning, er at anvende en særlig dynamisk logik type, hvor bit'ene resettes, og der er en bit til både 1 og 0. Logikken arbejder med lavere arbejdsfrekvens end sædvanlig logik, fordi at der indgår en ekstra cycle, hvor logikken skal resettes. Det betyder dog ikke noget, da der er en anden regneenhed som arbejder på det tidspunkt. Fordelen er, at det er muligt at holde styr på, præcist hvornår at data kommer ud - og den faktiske hastighed tager hensyn til dataafhængighed og den eksakte forsinkelse i transistorerne på bit niveau. Det giver en meget stor hastighed, selv når instruktionerne udføres i rækkefølge. Selvom cycle frekvensen er lavere, så er den hastighed som instruktionerne udføres i større, også når de udføres i rækkefølge. Men, det er forskellige ALU'er, der udfører instruktionerne - og de resettes på skift. Vi kan også udtrykke det sådan, at de skiftes til at trække vejret. Da f.eks. to instruktioner, der udføres i rækkefølge, udføres af to forskellige processorer, der forwarder data til hinanden, minder det lidt om FPGA struktur. Udover, at det går hurtigere, fordi at det kun er transistorernes forsinkelse, og ikke deres arbejdsfrekvens (der er lavere), som betyder noget, så kan instruktionerne udføres hurtigere, end med samme komponenter, til at udføre instruktionerne. Og varmen, deles også ud på flere komponenter hvilket gør de ikke så nemt overophedes. Endeligt, så viser det sig også, at dataafhængighederne på bitniveauet er mindre end på blok niveau. Og i praksis, så vil kerner der på system niveau har afhængighed og ikke kan udføres samtidigt, alligevel kunne udføres samtidigt på bitniveau. Det er ikke analyserbar, da det afhænger af de data der regnes på.

Processorens frekvens, betyder derfor strengt taget intet. Det som betyder noget, er forsinkelsen i transistorerne, samt dataafhængigheder ned på bit niveau.

Fejlen i Intels processorer, er måske netop, at de ikke anvender den type logik endnu, og at deres kloks primære formål er, at holde hastigheden nede. Den sikrer, at processoren ikke arbejder for hurtigt.

Hvis du anvender en modificeret udgave af VHDL, så muliggør det at VHDL automatisk kan syntetisere ovenstående type logik. Og VHDL kan endog automatisk parallelisere til flere blokke. Så selvom du beskriver en CPU med en ALU, så kan den automatisk laves om til at anvende flere ALU'er der kører på skift, og kører hurtigere på grund af der er færre dataafhængigheder på bitniveau. Selv studerende, kan således lave den type processorer med rette VHDL.

Man kan helt udelade klokken i nogle særlige typer VHDL'er, og så kører CPU'en bare så hurtig som den kan - i praksis bruges dog en særlig klok af hensyn til at gøre analysen muligt. En systemklok som Intels kan også lægges ind, og begrænser hastigheden.

  • 0
  • 0

Hvis man foretrækker ARM frem for Intel, så findes Xilinx Zynq serien med dual ARM Cortex A9 processor, og floating point processor for hver core på FPGA'en.

Det nye er, at nu fås det også med Intel arkitektur.

  • 0
  • 0