雲端加速的催化劑，Intel FPGA異構方案改變計算格局

顯而易見，大數據、物聯網和人工智慧帶來了排山倒海般的恐怖數據，加上不斷擴張的雲計算，對數據中心計算能力的要求提升到了前所未有的高度，而傳統的計算模式已經在洶湧的數據大潮面前越來越力不從心。

道理很簡單，傳統的CPU已經跟不上機器學習、數據分析和視頻處理等各種計算密集型應用的步伐，加上網路和存儲方面的瓶頸越來越嚴重，超大規模雲、電子商務和社交網路數據中心面臨越來越多的挑戰，例如在處理 4K 視頻、機器學習和自然語言理解時，這類數據處理需要超密集的並行處理，往往超出了傳統CPU的處理能力極限。

在這樣的背景下，CPU+FPGA的新型異構計算便應運而生了。

英特爾可編程解決方案事業部 (Intel PSG)FPGA軟體解決方案高級總監Bernhard Friebe

2017年9月6日，正值第五屆全球雲計算大會暨國際網路通信展覽會召開之際，英特爾可編程解決方案事業部 (Intel PSG)參與了大會並於同期舉辦了媒體見面會。FPGA軟體解決方案高級總監Bernhard Friebe親自出席，就英特爾X86 CPU+FPGA的異構集成方案為雲端工作負載所提供的卓越計算性能進行了詳細闡述。

雲端加速，X86 CPU+FPGA的特性和優勢

Bernhard Friebe首先談到了雲計算和數據中心發展的新趨勢。他以自動駕駛舉例，2020年預計自動駕駛的汽車能夠產生每年4GB的數據，高峰時甚至可以達到1TB。企業如果要有效利用這些數據，就要把數據轉化成信息，再把數據轉化成洞察，這對於數據中心的雲架構來說是非常大的挑戰。

所以，基礎架構就需要越來越多地開始向異構計算去轉型，而FPGA就是這樣一個工具，它能夠很好地滿足企業對於網路，存儲，計算方面的動態需求。

接下來，Bernhard Friebe重點闡述了FPGA的概念和作用。他提到，FPGA的全稱是現場可編程門陣列，它以並行運算為主，以硬體描述語言來實現。當載入FPGA模塊的時候，它本身沒有預定義的功能，而通過對它進行編程，就可以實現任意次數的調整和變化，因此它是一個非常靈活的概念。當數據中心出現了新的工作負載要求和來自雲端的新需求，就可以實時地根據需求去定製FPGA模塊。

因為FPGA的可編程特性，能針對任何新型應用和演算法進行硬體優化，因而FPGA可以成為高度靈活的雲計算環境的完美補充。利用動態可重配置技術，FPGA能在一秒之內快速切換成不同的設計方案，面對下一個工作負載進行硬體優化。因此， FPGA 能為複雜多變的超大規模數據中心應用提供靈活性、應用廣度和能效，這些是傳統 CPU 和定製 ASIC 所無法企及的。

另外，FPGA的靈活性不僅體現在核心部分，也包括周邊的I/O部分，它可以和CPU進行協作，來打造旁路加速的功能。也就是說，CPU可以把大量的數據一次性地通過PE的方式發送給FPGA，由FPGA處理完之後再發回給CPU。比如微軟的Brainwave項目，就是直接把數據輸入到FPGA裡面進行加速，然後實現了低延遲的響應。

加倍提升性能和效率，Intel FPGA應用案例

Bernhard Friebe介紹了幾個Intel FPGA項目的典型應用案例以及給客戶帶來的價值。

首先是Swarm64公司，該公司的產品是一種簡單的一站式服務。在應用了Intel FPGA項目之後，實時數據分析提升了五倍，傳統的數據倉儲效益達到兩倍以上，存儲壓縮的性能達到三倍以上。根據預測，通過使用FPGA加速，Swarm64能夠在三年時間裡面省下高達40%的成本。

接下來是英特爾在基因測序領域的合作夥伴——Broad研究所。基因測序會產生海量的數據，而英特爾跟這個研究所一起配合開發出了基因分析的工具包和Pair-HMM演算法，並專門制定了FPGA。通過英特爾FPGA強大的並行處理能力，Broad研究所把演算法的能力提高了50倍，業務流量提高了1.2倍，從而大大加速了分析流程和醫藥領域創新的過程。

Attala則是和英特爾合作過的老客戶，該公司主要從事加速存儲以及NVMe業務，也就是非易失性的快速存儲，願景是希望根本性地改變雲或者是數據中心的基礎設施。通過英特爾FPGA Fabric，Attala系統開發主機NVMe適配器的讀取/寫入性能大大提升，延遲比傳統的存儲系統要低57%-72%，這已經是相當了不起的一個成績。

加速堆棧和開源助力開發者更加易用FPGA

第三個階段，Bernhard Friebe從技術上講述了怎樣在雲端利用FPGA的高速性能。

他強調，英特爾FPGA架構可以在混合雲中加速工作負載，可實現第三方開發者、內部開發人員 （企業，雲服務商）以及應用用戶在公有雲和私有雲之間進行無縫軟體遷移。英特爾還與開放數據中心委員會(ODCC)保持悠久合作關係。從它成立之初就擔任了委員會的技術顧問，在最新的Scorpio3.0版本里已經把FPGA納入進來，英特爾一直致力於這方面的開源標準工作。

為了讓FPGA能夠更加容易地被應用開發者使用，讓其更容易地嵌入到數據中心和雲的環境當中，英特爾作出了眾多針對性的安排，比如剛剛宣布了面向Intel至強CPU和FPGA的加速堆棧，它既可以幫助應用開發人員去使用FPGA，同時也能夠幫助數據中心和運營者能夠很好地去嵌入FPGA進行使用。

英特爾還創建了一個包含OPAE（開放可編程的加速引擎）在內的加速環境，包括一系列相關的驅動和庫等等，這些都是開源和可以隨時訪問的。

FPGA異構方案將是未來不可逆轉的計算趨勢

發布會的最後，Bernhard Friebe總結到，未來會有大量數據的融入，數據中心和雲都會面臨巨大的變化，數據中心會變成一個異構性的加速性的環境。英特爾前瞻性地預見到雲端計算的行業趨勢，並在計算、存儲和網路基礎設施方面創新性地使用FPGA架構進行加速，英特爾的解決方案可以大大優化工作負載性能，提高能源效率和降低總體擁有成本（TCO）。

Bernhard Friebe充滿自信地表示，英特爾X86 CPU+FPGA的異構集成方案擁有非常顯著的優勢和通用性，能夠充分滿足新出現的動態需求，既兼顧了硬體的性能，又帶來了軟體的可編程性。未來，這一異構方案會為通信、商業、交通和醫療健康等領域的各種應用帶來更大的發展。

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