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SIGMETRICS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

1999年,结束工作后的倪萍,深夜赶到冯小刚家,刚进去就扑通一声跪在地上:哥哥,我实在是没有办法了,帮帮我吧!

冯小刚却没有答应她的请求,只说了一句话。

央视著名主持人倪萍,自出道以来深受观众的喜欢。她和赵忠祥主持春节联欢晚会十几年,成了家喻户晓的明星。

她长相端庄大方,声音洪亮,凭借专业的功底和实力征服了观众的心。

虽然取得如此多的荣誉,但童年却很不幸。1959年倪萍出生在山东普通的家庭,父母因为感情不和,在她很小的时候就离婚了,倪萍只好跟着姥姥一块生活。

作为单亲家庭的她,非常刻苦努力。20岁的时候,就考入了山东艺术学院。

长相靓丽,再加上专业的功底,上大学的时候,倪萍就演了电影《山茶花》。工作一年之后,就被评为国家二级演员。

她能力提升,工作也特别出色,更是得到了央视的青睐,并主持《综艺大观》。

央视是个卧虎藏龙的地方,要想站稳脚,必须不断的提升自己。作为山东人,骨子里就有一股不服输的精神,她勤奋好学努力磨练自己,终于站上了春晚的舞台。

光阴不负有心人,舞台上的她妙语连珠,对全场的把控和情绪带动,惊艳了观众,享受着观众们一阵阵的热烈掌声。

事业上的她取得了非凡的成绩,可情史却非常坎坷。

早年她和自己的老乡结了婚,因为性格不合,很快就离婚了。

在央视工作的时候,和郭达认识了,但母亲却非常不看好。

后来遇见了让她一辈子难以忘怀的人,才华横溢的导演陈凯歌。

为了他,倪萍放下身段为他洗衣做饭。更是默默的照顾陈凯歌的母亲6年,甚至在陈凯歌的母亲去世的时候,都以儿媳的身份出现在葬礼上。

正当她憧憬着美好婚姻的时候,陈凯歌牵着陈红出现了。看着怀有身孕的陈红,那年轻貌美的容颜,倪萍难以接受,深受打击的她以泪洗面。

在感情中付出最多的人,往往受伤最重。守着那颗支离破碎的心,倪萍消沉忧郁,难以自拔,很多年都无法走出这个阴影。

终有一天她明白,她不想成为依靠别人的藤蔓。只有自己强大了,优秀了,生活中没有过不去的坎。

靠山山倒,靠水水流,余生只有靠自己才能活得精彩。她一扫从前的阴霾,坚强的站了起来,勇敢的面对生活。

没有什么大不了的!只要内心不承认失败,那自己就是个胜利者。

97年的时候,倪萍和王文澜结婚了,两年后爱的结晶儿子出生了。这个虎头虎脑的宝宝,给她的生活带来了无限的希望和生机。

天有不测风云,才4个月的儿子就被检查出先天性白内障。医生的话就像晴天霹雳,震的她无法接受。

“这个病情况非常严重,如果不能及时救治,很有可能终身失明。要做好心理准备,医药费至少15万美金。”

怎么办?面对巨额的医药费,倪萍瘫倒在地上。婚姻和爱情没有打败她,唯独面对儿子的病,生平第1次感到了绝望。

看着儿子稚嫩的脸,她整夜整夜的失眠,整个人苍老了很多。

怎么办?为了儿子她做了一个决定:离开央视,尽最大的努力赚钱。

于是,她开始拍摄影视作品,也开始承接商演。医药费的压力,常常让她喘不过气,丈夫还因为孩子的事,常常吵架。

最后这段婚姻走到了尽头,一个女人面对着患病的儿子,倪萍真的崩溃了。

小的时候自己生活在单亲家庭,幸亏得到了姥姥的宠爱,才慢慢长大。长大后的自己事业上一帆风顺,爱情上接二连三的打击,但是为了孩子,她决定抛下脸面,跪倒在冯小刚面前,请求一个角色。

母爱就是这么深沉,这么伟大。为母则刚,她可以咬着牙含着泪扛下所有,哪怕弯腰跪下,也在所不惜。

冯小刚惊呆了:你要干嘛呀?赶快站起来,这不是折煞我吗?有什么事你说吧。

得知一切情况后,冯小刚拍着胸脯说:放心吧,医药费的事情就包在我身上。

既要带着儿子到国外治病,还要拼命的工作挣钱。一个女人再光鲜亮丽,为了孩子,宁愿付出所有。容光焕发的脸,皱纹悄悄爬了上来,挺拔的身材,也变得佝偻起来。

但为了儿子,这一切都值得。什么梦中女神?什么梦中情人?此时此刻她只有一个身份,孩子的妈妈。

她的乐观和坚强感动了天地,病魔也终于离儿子远去。08年的时候,医生告诉她一句话:小伙子没事了,以后等到结婚的时候再来复查一次吧。

这时候倪萍终于喜极而泣,10年的付出,终于得到了回报。作为母亲,她是伟大的。哪怕韶华不在,那怕容颜苍老,那怕鬓发霜染,只要儿子健康,所有的一切都值了。

现在60岁高龄的她,还出现在舞台上,身材臃肿,脸部僵硬,有人是讽刺:一大把年纪了,不好好养老,出来折腾啥?

现在的倪萍又收获了新的爱情,余生的真爱杨亚洲。只要心态不老,什么时候都很年轻。

倪萍用一生诠释了:没有人能将你打倒,除非你自己。坚强面对,永远会活得精彩。

人生起起伏伏面对大风大浪,掌好舵稳住!就像凤凰浴血一样,会涅槃重生。再次站起来,回头一望,红尘往事过眼云烟,向前看做独立自主的女性,生活的历练让自己更成熟,余生不长只愿精彩。

2021年3月2日,长城汽车进行了柠檬混动DHT的全球首次拆解直播。这也是自去年12月柠檬混动DHT全球首发后,第一次以线上直播拆解的形式与大家见面。

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柠檬混动DHT全球首次拆解直播

长城汽车技术副总裁宋东先携手清华大学汽车安全与节能国家重点实验室教授帅石金,资深汽车媒体人、踢车帮创始人夏东共同出席本次直播,不仅对柠檬混动DHT的整体设计按模块进行拆分解读,也对其技术优势、工作原理及用户体验做出了精彩分享,全面剖析了柠檬混动DHT卓越性能的秘密。

混动技术是长城汽车全球化的重要支撑

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帅石金(中)与夏东(左)
宋东先(右)深入探讨混动技术

在正式拆解前,几位嘉宾首先分享了对于混动的基本看法。帅石金教授认为,《节能与新能源汽车技术路线图2.0》指明了发展混动的必要性,在很长一段时间内,混动将成为出行的主导力量。

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帅石金(左)与夏东(右)点评混动技术路线

夏东则结合用户需求,提出了“混动和燃油车更接近,是目前最符合用户使用需求的技术”的观点,表达了对混动的认可。

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长城汽车技术副总裁宋东先(中)
介绍柠檬混动DHT技术特性

作为长城汽车技术副总裁,宋东先阐明了长城汽车发展混动的意义。他表示:“单一技术路线不可能解决所有出行需求,长城汽车要逐鹿全球,满足全球用户的多元化需求,混动是重要的技术支撑。”

柠檬混动DHT强大软硬件
成就性能卓越的基石

柠檬混动DHT作为一项能够在全速域、全场景下实现性能与效能双优表现的混动技术,整个系统架构可概括为“1-2-3”。即一套DHT高集成度油电混动系统、HEV/PHEV两种动力架构、面向不同级别车型的三套动力总成。

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柠檬混动DHT总成

在设计结构上,柠檬混动DHT有如下几部分至关重要的零部件。分别是1.5L/1.5T混动专用发动机、双电机控制器、DHT模块、高规格动力电池。
1.5L/1.5T混动专用发动机,前者最大功率75kW,匹配100kW DHT模块,系统综合功率140-170kW;后者最大功率115kW,匹配130kW DHT模块,系统综合功率180-240kW。直播展示的是1.5L发动机,采用了阿特金森循环、外置水冷EGR等技术,压缩比高达13:1,并进行了长达3000小时的可靠性验证,高效的同时,保证了系统运转的可靠性。

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双电机控制器

双电机控制器可谓是柠檬混动DHT的“中枢大脑”,在业内率先搭载了全新一代高算力英飞凌TC38系列处理器芯片,算力强、可靠性高,配合长城汽车自主研发的控制算法,对系统的能量流动实现科学合理的控制。

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DHT模块

DHT模块可理解为柠檬混动DHT的“传动装置”,包含了减速器、离合器、换挡机构以及双电机。它采用双电子泵设计,能够基于整车需求调节电子泵的启停;采用单离合设计,相比于双离合,润滑冷却需求更低。而且在结构上十分小巧,相比传统DCT降低50%以上。

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双电机

在DHT模块中,双电机本身也至关重要。电机采用了高磁阻转矩设计理念,较普通永磁电机设计降低20%以上磁钢用量,达到轻量化目的;发卡式扁线设计,槽满率高达70%以上,有效提升电机功率密度;短距绕组排布,优化气隙谐波,降低各阶次电磁力,改善48及96阶高频噪声,NVH性能业内一流;低损耗0.27mm硅钢片,铁损降低17%以上,实现双85%的高效区占比。
高规格动力电池同样是柠檬混动DHT核心零部件,以PHEV架构四驱车型搭载的动力电池为例,其能量密度超过160Wh/kg,可提供最长200km的纯电续航里程。充放电方面,支持11kW交流充电功率和直流快充,30分钟即可充电80%,并具有最大246kW的放电功率,享有8年15万公里的质保。

长城汽车柠檬混动DHT
即将由WEY全新紧凑级SUV首搭

有了强大的软硬件作为基石,柠檬混动DHT具备了更多种工作模式,以此来应对不同的路况和场景。

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纯电行驶模式

纯电驱动以及串联驱动,由电机负责驱动,发动机不工作或只负责“发电”,主要应对中低速、走走停停路况行驶。这样可充分发挥电机效率高、响应迅速的优势,令发动机维持在最佳燃效区间运转,提升燃油经济性。

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发动机直驱模式

发动机直驱,主要应用于城市环路、高速等场景。在相对“稳态”的路况下,发动机直驱的综合效率要超越串联,可节油10%-15%。而且发动机直驱具有经济挡、动力挡可选,分别应对平稳巡航和中途加速,实现类似于燃油车的“换挡”效果,完美兼具动力性与经济性。
并联驱动,主要应对短时间高负荷急加速。避免发动机本身负载过高,由电机提供额外的动力支持,与发动机合力输出,实现动力最大化。

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能量回收模式

能量回收,在需要减速的时候,可通过驱动电机将制动降低的动能一部分转化为电能为电池充电,回收制动时浪费的能量。

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WEY品牌全新紧凑级SUV将首搭柠檬混动DHT

从最终的体验来说,柠檬混动DHT带给用户的感受就是“快顺静省”。在全速域、全场景下,都具有动力响应快、加速能力强、平顺舒适、安静、省油的特点。在直播的最后,宋东先提前剧透,第一款搭载柠檬混动DHT的产品,将是WEY品牌即将推出的全新紧凑级SUV,综合油耗仅为4.7L,很快就会与大家见面。
在节能减排的大趋势下,在合资品牌占据混动市场主导力量时。长城汽车能够突破合资技术壁垒,完全独立自主设计、研发出具备完全自主知识产权的柠檬混动DHT,受到了业内与媒体的高度赞誉,推动了中国混动技术的发展。很快,搭载柠檬混动DHT的产品将陆续登陆市场,让更多用户享受高品质出行,令“快顺静省”成为用户口口相传的口碑。


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