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軟件工程也能跨界玩轉FPGA

2014-11-25 21:47:12 來源:本站原創

隨著3G和4G的發展,移動網絡速度不斷提升,為移動互聯網業務帶來了良好的發展條件,但同時帶來的爆炸式數據流量增長對運營商形成了巨大的壓力,傳統的擴容方式就是不斷增加X86服務器,以應對巨大的用戶訪問需求,但是增加服務器隨之帶來的能源損耗讓運營商不堪重負,電費成為最大的運營成本。因此,數據中心運維人員不得不尋求更高性能的服務器。

移動互聯網的春天,FPGA新的市場機遇

隨著半導體技術的發展,數據中心運維人員采用通過易于編程的多核CPUGPU來開發應用,但CPUGPU都遇到了單位功耗性能的瓶頸--當增加高分辨率視頻、圖像識別、深度包檢測以及并行算法處理等特殊要求時,就很難讓帶有標準CPUGPU的PCI Express開發板將功耗預算保持在25瓦以內。研究發現,基于FPGA的應用加速想比CPU/GPU實現方案,單位功耗性能可提升25倍,而時延則縮短了50到75倍,與此同時還能實現出色的I/O集成(PCIe、DDR4SDRAM接口、高速以太網等)。換言之,FPGA 能在單芯片上提供高能效硬件應用加速所需的核心功能,并同時提供每個開發板目標功耗低于25W的解決方案。

FPGA大幅提升了硬件加速的單位功耗性能


FPGA的優勢固然明顯,但是負責數據中心運維人員基本全部為軟件工程師,他們對FPGA的硬件知識高度缺乏,如果他們想通過FPGA實現自己想要的功能,首先需要編寫程序,然后讓硬件工程師轉化為硬件開發語言才能夠實現,這在無形中增加了開發成本,同時加長了開發周期,讓軟件工程師直接控制FPGA成為很多運營商的當務之急。

軟件工程師也能玩轉FPGA

軟件工程師是否要一直受制于硬件知識匱乏的不足?答案是否定的。近日,賽靈思在2014國際超算大會上推出了針對OpenCL、C和C++的SDAccel開發環境,這款軟件帶有用于代碼開發、特性分析與調試的Eclipse集成設計環境(IDE),可提供類似于CPU/GPU 的工作環境,開發人員可以快速上手應用。賽靈思公司亞太區銷售與市場副總裁楊飛介紹,SDAccel具有三大優勢:第一,首款針對OpenCL、C和C++的架構優化編譯器;第二,在FPGA上首次實現完全類似CPU/GPU的開發體驗;第三,在FPGA上首次實現完全與CPU/GPU的運行時間體驗。



SDAceel提供OpenCL、C、C++編譯能

楊飛強調,借助SDAccel,開發人員能夠使用其熟悉的工作流程優化應用,而且即便之前沒有FPGA使用經驗,也能受益于FPGA平臺的優勢。集成設計環境(IDE)不僅可提供編碼模板和軟件庫,而且還能對各種開發目標進行編譯、調試和特性分析,如在X86平臺上仿真、使用快速仿真進行性能驗證以及在FPGA處理器上進行本地執行等。IDE可在數據中心用FPGA平臺上執行應用。該平臺配套提供面向所有支持開發目標的自動儀器插入功能。此外,SDAccel還經過精心設計,使CPU/GPU開發人員能夠輕松將其應用遷移到FPGA上,同時還可在他們熟悉的工作流程中維護和復用OpenCL、C和C++代碼。SDAccel環境包括編程器用IDE、基于C語言的FPGA優化庫,以及數據中心用現成商用(COTS)平臺。

SDAccel開發平臺

SDAccel庫包括用于高性能低功耗實現方案的內置OpenCL函數、DSP、視頻以及線性代數庫。針對特定領域加速,賽靈思聯盟合作成員Auviz Systems提供了精心優化的OpenCV和BLAS OpenCL兼容型軟件庫。FPGA加速卡的第三方合作商有Alpha Data、Convey、Pico Computing,預計2015年年初還將增加新成員。第三方合作商不屬于賽靈思公司,他們在賽靈思FPGA硬件基礎上開發應用方案。


FPGA可實現動態重加載

只有SDAccel能夠支持帶有多個程序和類似CPU / GPU按需可加載計算單元的應用。與CPU/GPU類似,SDAccel對于FPGA解決方案的獨特之處,在于能夠保持程序轉換過程中的系統正常工作。SDAccel是業界唯一能夠創建可在應用運行過程中加載新加速器內核的FPGA計算單元的環境。 在整個應用執行過程中,存儲器、以太網、PCIe和性能監控器等關鍵系統接口和功能均保持工作狀態。即時可重配置的計算單元可讓多個應用共享FPGA加速器。

據統計,軟件從業者是硬件從業者的幾十倍,賽靈思開發SDAccel的目的不僅擴大了市場范圍,更重要的是為軟件工程師提供了便捷服務。移動互聯網飛速發展,大數據紛飛,云計算如雷貫耳,高通日前宣布進入服務器領域(高通服務器芯片,會重演英特爾的歷史命運嗎?),直接對抗X86架構,孰勝孰負有待分曉,不管誰會稱霸服務器市場,FPGA的重要角色都不可或缺,“FPGA不是要代替服務器,而是輔助服務器提高運行速度,降低功耗。”楊飛補充,“賽靈思的業務模式是軟件幾乎免費,只象征性收費,這對于用戶來說可以節省更多成本。”

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