为《详解FPGA:人工智能时代的驱动引擎》一书序

第一眼看到石侃博士这本《详解FPGA:人工智能时代的驱动引擎》时,一下子勾起了自己的回忆。回想起来,我大约是在2005年第一次接触FPGA,但它从此为我打开了一扇通往硬件世界的大门。

我的博士工作便是研制了一套基于FPGA的内存总线监测设备HMTT。它支持软硬件协同,可以算是一款颇具特色的自研设备,论文也被2008年系统评测领域国际顶级会议SIGMETEICS接收,这可能是该会1973年成立以来的大陆第一篇。

虽然已经是15年前的工作,但现在对HMTT的一些技术细节依然是如数家珍:硬件部分是一块自制的带有FPGA的PCB板,直接插在DDR内存槽上,而内存条则是插在PCB板上。内存总线上的信号被分为两路,一路送往内存条去读写数据,另一路则被送到FPGA进行处理,实时还原为包含物理地址的读写命令,然后通过以太网发送到一个磁盘阵列存下来。软件部分是设计了一种同步机制,能让FPGA识别软件操作(如操作系统页表更新、函数调用等),从而将物理地址和软件操作关联起来,例如通过和页表关联就能将物理地址还原为进程的虚拟地址。

如今,HMTT已经发展到第四代,从早期支持DDR-200到现在已能支持DDR4-2600,伴随的是所使用的FPGA也从Xilinx的Virtex-4/5发展到Kintex UltraScale XCKU035。HMTT之后的十多年,我们团队的每一项科研工作也都没离开过FPGA。

有时会想,为什么会出现FPGA这样的技术?为什么这类硬科技大多先在美国诞生?中国未来又有什么新机会?翻阅着石侃博士的这本FPGA大作,读着书中一个个与FPGA深度融合的前沿技术及其背后的人和故事,启发我对这几个问题更深入的思考。

石侃博士在书中把FPGA的诞生称为“历史的必然”。1980年代,2/3的芯片项目由于需求变化、设计漏洞、流片失败等种种原因而赔钱,只有1/3的芯片设计能实际投入生产。因此业界急需一种技术能在流片前充分测试与验证,从而降低流片失败几率。于是FPGA应运而生!1984年,Xilinx推出了世界上第一款FPGA XC2064,只有64个可编程逻辑单元,800个晶体管。35年后的2019年,Intel推出了当今世界上最大的FPGA——Stratix10 GX 10M,1020万个可编程逻辑单元,433亿个晶体管。如今FPGA已经发展成一个全球市场规模约60亿美元的产业,在整个芯片产业链中扮演着不可或缺的作用,甚至成为我国面临“卡脖子”的一类核心芯片。回顾一项项硬科技的发展历程,哪怕诞生之初再渺小,只要是能真正解决市场需求,那么它的诞生似乎就是一种“历史的必然”。

为什么FPGA先在美国诞生?而不是在日本或者欧洲?事实上,1980年代初日本的半导体产业如日中天,1986年日本半导体在全球市场份额甚至超过了美国。虽然这本书并没有直接回答这个问题,但从书中所介绍的一系列FPGA与云计算、大数据、人工智能等前沿应用的深入融合例子,结合1980年代美国和日本各自半导体产业的发展历程,也许能给我们一些启发。从我个人观点来看,当时美日半导体产业的发展存在两点主要的区别:

(1)技术出口侧:美国的市场需求更旺盛、更前沿。虽然日本在1980年代的半导体产业突飞猛进,但是大部分仍然是出口到美国,1980到1984年对美出口额增长了8倍。换而言之,日本并没有直接感知到最前沿的需求。

(2)技术供应侧:美国的研发投入更具前瞻性,布局更合理。1984年Xilinx成立,得益于政府支持的MOSIS项目所发明的MPW技术以及推动的Fabless模式,也得益于政府支持的一系列CAD/EDA项目。相比较而言,日本的研发投入则更聚焦于对已有产品的改良,使得产品质量更高、价格更低、供货更稳定,但缺少了开拓性。同期,美国还启动了多个研究机构,如SRC、SEMATECH等,大力支持半导体领域的基础研究与共性技术,培养大批高水平人才,为产业发展提供深厚的技术储备与人才储备。

诚然,中国错过了1980年代半导体发展的黄金期,导致半导体产业成为今天中国与发达国家差距最大的领域之一。但是,从这本书中我也看到新的机会:一方面,书中介绍的云计算、大数据、人工智能等新兴应用在中国也是发展得如火如荼,并产生了许多前沿需求,甚至有些已经催生了一些基于FPGA的达到国际先进的技术,例如深鉴科技的FPGA人工智能加速技术、阿里巴巴的弹性裸金属服务器神龙架构、我们团队研制的芯片敏捷设计SERVE云平台等等。另一方面,中国对半导体领域的重视程度前所未有,社会各界均在积极投入,不同的维度(市场、科研、资本、知识产权、教育等),不同的环节(应用、设计、制造、封测、装备、材料等),不同的路线(引进消化、独立自主、开源共享等)……相信只要坚持投入,在不久的将来一定能看到成效。

2021.3.22

图1:图书封面
图2:Xilinx创始人Ross Freeman鸟瞰世界上第一款FPGA版图

这条彭州产的“绿色翡翠项链”,越久成色越好?!

品鉴彭州

一个城市让人留恋的理由有千百种,
但当你回忆起来,
最先印入脑海的应该是那些通往目的地的道路。
不知道你有没有注意到,
在我们生活的彭州,
那些上下班的必经路,
那些未曾留意过的马路,
都在慢慢地发生着变化。

今年2月10日牡丹大道全线通车以来,
旧路换新颜,牡丹大道“内涵”“颜值”双提升!
几个多月过去了,
如今,一条崭新的牡丹大道,
呈现在我们面前!

新绿与佳卉掩映下,中间是标线簇新疏朗通畅的大道,两侧是红蓝双彩赏心悦目的慢行系统,车辆驶过,仿佛灵动的音符跳跃在优美的五线谱上,这就是新升级改造的彭州市牡丹大道。

牡丹大道,是一条联通彭州南北城区,通往成都中心城区以及北部山区的重要交通枢纽,建成十多年来,它在带给市民出行便利的同时,也见证着彭州的发展和变化,其重要程度不言而喻。如今,改造提升后的牡丹大道已经变成了一条如翡翠般耀眼的“绿色项链”!

彭州本着以“公园城市”理念为统揽,以天府绿道、小游园微绿地等建设工作要求为指引,坚持联园涵养生态、筑景点亮城市、塑城美化生活,紧紧围绕公园、绿道、绿地、交通绿廊等生态要素,按照“可进入、可参与、景观化、景区化”的规划理念,规划形成了“一廊三境十三美”的大美公园城市示范区格局。

结合彭州城市景观形象展示及主干道路、景观绿道慢行系统功能提升的客观需求,彭州市完成了百里景观大道的规划设计工作,以此串联起三大产业功能区和沿线城乡公园,而牡丹大道就是串联起城市示范片区上重要的一段。

成彭高速入城段及牡丹大道沿线综合整治,作为百里景观大道项目的城区部分,率先完工,大大改善了彭州的城市主干道整体形象。改造后的牡丹大道以绿道、绿廊为主脉,串联起沿线体育公园、官渠郊野公园及沿线小游园、微绿地,新增立体绿化1.2万平方米,成为点线面复合的无边界公园绿廊。

全新的牡丹大道优化统一了道路断面,拓宽辅道,改造公交车站台,提升了道路景观照明及园林景观品质。将传统人行道改造为社区绿道,将30米宽的道路绿化升级为带状公园,变革了人行及绿化空间,增加设施及场景,构建起符合公园城市特质的“慢行绿道+生态空间+生活场景”组织方案,新建成绿道21公里,让牡丹大道成为了功能复合的城市景观大道。

牡丹大道沿线综合提升规划的灵感来源于自然地理条件与牡丹文化的艺术融合,体现 “文化与城市相融合”的风貌特质,凸显 “山水藏国色,天彭蜀道兴”的设计主题。寻求大地生态景观、艺术与人的心灵沟通,营造强烈、冲击的视觉感受。

全新的牡丹大道分为六大功能:慢行交通、休闲游览、体育建身、文化展示、生态景观、科普教育。

道路周边不同的用地性质分为三个段落、七个节点。提取彭州牡丹文化,选取最具代表的三个品种“金腰楼”、“彭州紫”和“春柳”为背景,演绎三个设计主题——繁花嫣语“金腰楼”、缤纷映彩“彭州紫”、绿海芳林“春柳”,移步换景,植物换彩置裳,满世界缤纷靓丽的色彩演奏一支时空交响曲。

“金腰楼”段——花脉是城市肌体的血管,是道路景观的天赋语言,以花言语景观,绘出一幅繁花争锦图。
“彭州紫”段——根据时间和季节变换的颜色,季节时令变换,运用彩叶植物,营造争奇斗艳的景观空间,演绎缤纷幻彩。
“春柳”段——以观赏草为主题,打造开阔、野趣、色彩丰富的道路景观,以简洁的线条感、绿色基调感为目的,绿得葱郁、彩得浓烈。
利用道路的转角段落绿地,以生态为主调,融入科技人文元素,打造眷红倚翠、芳林溢彩、林影流光、掇青拾紫、青鸾落色、秋色芳菲、碧落丹霞七个主题节点,演奏“红橙蓝紫青粉绿”七种主题色调,营造道路视觉惊喜,形成视觉焦点。
牡丹大道整体植物种植设计以常绿为背景,自然生态为原则,搭配四季有景,季象分明。做到春季繁花似锦,夏季绿树成荫、秋季叶色多变、冬季暗香袭来。
道路上高速运行的车辆川流不息,它用颜值与内涵将彭州城市拥入怀中。
当车轮驶过新绿初染的牡丹大道,让人沉醉的不仅是眼前的秀丽风光,更是下一个转弯,不可预知的别样风景。
打开车窗,来自道路的微凉气息顷刻间充满了车厢,吹去额间缱绻的倦意,换得满腔清澈高远的情怀。
公路穿梭其间,花朵开满道路两旁,车辆来来往往奔驰而过,增添了几分灵动美。几抹绿意间,牡丹大道宛若一条高贵丝滑的绸带,缠绕绵延。
这里一年四季都是绿意盎然,在彭州充足的阳光和蔚蓝的天空下有一种别样的清丽和唯美,在春日里穿行其间微风轻拂,光影斑驳,似乎在讲述彭州这座城市的不断变迁。
这条入城的景观道路,总是在每天的傍晚显得异常热闹,沿街你总能看到形形色色的彭州人,散步的叔叔阿姨、嬉戏打闹的孩童,跑步、骑行、健身的如风少年.....这是一条让你想要慢下来、放松身心好好走一走的路。
当夜幕缓缓降临,华灯初上,与白天相比,牡丹大道多了一份色彩斑斓的梦境之感,行走其间的你如果是独自回家的夜归人,也千万不要觉得害怕,因为那一排排路灯总能给你指引回家的方向。
其实,只要大家用心体会就能发现,在彭州,我们身边处处皆风景~牡丹大道这么美,这个周末,不去牡丹大道走走吗?(彭州发布)

这条彭州产的“绿色翡翠项链”,越久成色越好?!

品鉴彭州

一个城市让人留恋的理由有千百种,
但当你回忆起来,
最先印入脑海的应该是那些通往目的地的道路。
不知道你有没有注意到,
在我们生活的彭州,
那些上下班的必经路,
那些未曾留意过的马路,
都在慢慢地发生着变化。

今年2月10日牡丹大道全线通车以来,
旧路换新颜,牡丹大道“内涵”“颜值”双提升!
几个多月过去了,
如今,一条崭新的牡丹大道,
呈现在我们面前!

新绿与佳卉掩映下,中间是标线簇新疏朗通畅的大道,两侧是红蓝双彩赏心悦目的慢行系统,车辆驶过,仿佛灵动的音符跳跃在优美的五线谱上,这就是新升级改造的彭州市牡丹大道。

牡丹大道,是一条联通彭州南北城区,通往成都中心城区以及北部山区的重要交通枢纽,建成十多年来,它在带给市民出行便利的同时,也见证着彭州的发展和变化,其重要程度不言而喻。如今,改造提升后的牡丹大道已经变成了一条如翡翠般耀眼的“绿色项链”!

彭州本着以“公园城市”理念为统揽,以天府绿道、小游园微绿地等建设工作要求为指引,坚持联园涵养生态、筑景点亮城市、塑城美化生活,紧紧围绕公园、绿道、绿地、交通绿廊等生态要素,按照“可进入、可参与、景观化、景区化”的规划理念,规划形成了“一廊三境十三美”的大美公园城市示范区格局。

结合彭州城市景观形象展示及主干道路、景观绿道慢行系统功能提升的客观需求,彭州市完成了百里景观大道的规划设计工作,以此串联起三大产业功能区和沿线城乡公园,而牡丹大道就是串联起城市示范片区上重要的一段。

成彭高速入城段及牡丹大道沿线综合整治,作为百里景观大道项目的城区部分,率先完工,大大改善了彭州的城市主干道整体形象。改造后的牡丹大道以绿道、绿廊为主脉,串联起沿线体育公园、官渠郊野公园及沿线小游园、微绿地,新增立体绿化1.2万平方米,成为点线面复合的无边界公园绿廊。

全新的牡丹大道优化统一了道路断面,拓宽辅道,改造公交车站台,提升了道路景观照明及园林景观品质。将传统人行道改造为社区绿道,将30米宽的道路绿化升级为带状公园,变革了人行及绿化空间,增加设施及场景,构建起符合公园城市特质的“慢行绿道+生态空间+生活场景”组织方案,新建成绿道21公里,让牡丹大道成为了功能复合的城市景观大道。

牡丹大道沿线综合提升规划的灵感来源于自然地理条件与牡丹文化的艺术融合,体现 “文化与城市相融合”的风貌特质,凸显 “山水藏国色,天彭蜀道兴”的设计主题。寻求大地生态景观、艺术与人的心灵沟通,营造强烈、冲击的视觉感受。

全新的牡丹大道分为六大功能:慢行交通、休闲游览、体育建身、文化展示、生态景观、科普教育。

道路周边不同的用地性质分为三个段落、七个节点。提取彭州牡丹文化,选取最具代表的三个品种“金腰楼”、“彭州紫”和“春柳”为背景,演绎三个设计主题——繁花嫣语“金腰楼”、缤纷映彩“彭州紫”、绿海芳林“春柳”,移步换景,植物换彩置裳,满世界缤纷靓丽的色彩演奏一支时空交响曲。

“金腰楼”段——花脉是城市肌体的血管,是道路景观的天赋语言,以花言语景观,绘出一幅繁花争锦图。
“彭州紫”段——根据时间和季节变换的颜色,季节时令变换,运用彩叶植物,营造争奇斗艳的景观空间,演绎缤纷幻彩。
“春柳”段——以观赏草为主题,打造开阔、野趣、色彩丰富的道路景观,以简洁的线条感、绿色基调感为目的,绿得葱郁、彩得浓烈。
利用道路的转角段落绿地,以生态为主调,融入科技人文元素,打造眷红倚翠、芳林溢彩、林影流光、掇青拾紫、青鸾落色、秋色芳菲、碧落丹霞七个主题节点,演奏“红橙蓝紫青粉绿”七种主题色调,营造道路视觉惊喜,形成视觉焦点。
牡丹大道整体植物种植设计以常绿为背景,自然生态为原则,搭配四季有景,季象分明。做到春季繁花似锦,夏季绿树成荫、秋季叶色多变、冬季暗香袭来。
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这里一年四季都是绿意盎然,在彭州充足的阳光和蔚蓝的天空下有一种别样的清丽和唯美,在春日里穿行其间微风轻拂,光影斑驳,似乎在讲述彭州这座城市的不断变迁。
这条入城的景观道路,总是在每天的傍晚显得异常热闹,沿街你总能看到形形色色的彭州人,散步的叔叔阿姨、嬉戏打闹的孩童,跑步、骑行、健身的如风少年.....这是一条让你想要慢下来、放松身心好好走一走的路。
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