賽靈思唐傑：ARM存儲系統的加速器，實現數據通路「硬」化

近日，美國賽靈思公司收購中國AI晶元初創公司深鑒科技的重磅消息另業界備受關注，作為FPGA技術的首創者和引頭軍，賽靈思的創新技術也是眾多開發人員學習借鑒的標杆。就在2018全球存儲半導體大會上，筆者聆聽了一場由賽靈思數據中心架構師唐傑帶來的題為《數據通道「硬」化，ARM存儲系統的加速器》的精彩演講，在此與大家分享：

以下內容整理於演講實錄，未經演講人最終確認：

為什麼做FPGA，可以看到一些趨勢，第一個是數據爆炸，第二是人工智慧的興起，第三個就是後摩爾定律時代，不可避免要走向異構計算。說到NVMe Over Fabric，主要解決Storage Disaggreation，把原來插在伺服器背板的NVMe拿出來，可以推到遠端，和從傳統的DAS走向SAN這個概念是一樣，把高性能資源重複利用，同時又能夠集中管理。

某種意義上講，FPGA是一種晶元可編程的晶元，不需要做很多的工作，這裡有一個關鍵點，賽靈思發展FPGA分三個階段，第一個階段我們為晶元做驗證，做原型系統，移動通訊爆發的年代，外面的各個基站，我們做這種天線矩陣、信號處理，包括任何雷達裡面都會有FPGA的晶元，為什麼要講到數據中心，就是因為我們在全球有一個比較大的雲，Microsoft Azure大量部署FPGA做異構計算，很多教授都講過，為什麼FPGA介入數據中心，就是為了做異構計算。做異構計算我們講很關鍵一點，ARM在移動系統慢慢往數據中心走，大家都知道，做NVMe，我們就要關心PCIe，從某種角度，對ARM來講是一個非常大的弱點，很少有手機的GPS能夠支持PCIe，而賽靈思FPGA方案可以提升基於ARM的控制系統性能的可靠性。

對於DISAGGREGATION和FPGA的晶元來講，我們天生可以支持5個PCIe盤，可以掛100G的系統，某種意義上講，既可以支持PCIe也可以支持100G，底層都是串列服務。所以說，我們還不僅做這個，還可以加入一些定製的加速功能，就是我們講的可以做coding、RAID、哈希、壓縮等等，還有做客戶的定製內容。整體的架構來講的話，可以做到一個標準的24盤位JBOF，提供對外輸出100G性能，把100G的帶寬跑滿4K性能。

測試環境，上面測延時，下面測IOPS。在下面使用四個盤連在板子上，直接連接過來，測試性能，我們可以看到，在4K的情況下，隨機讀都是在2.32Millon，寫的話基本上在1.1Millon左右，盤的寫和讀的概念比較大，延時差別，不管是順序讀的還是無序讀，是在2-8M之間，寫增加的延遲是在5-10M之間，為什麼延時增加不一樣，大家如果做PCIe協議，就知道讀寫是不一樣的，寫的時候不需要返回，讀的話需要一個返回，所以不涉及介質的話，寫是比讀要好。在後續寫的時候，其實是數據準備好了以後，發包，RAID讀數據，然後寫在後面的盤上，這就造成讀寫增加延時，對於小包沒有苛刻要求的話，在寫的時候把包裡面數據放進去，這樣就可以做到讀和寫延時差不多的時間。

關於存儲產品路線，我們看標準的盤，或者具有標準的NVMe標準介面，都可以通過FPGA連接上去，會有一定的DDR控制器，在FPGA里有一個NVMe IP設置，在NVMe里通過一個地址轉換成可以發送到後端的NVMe標準命令。

我們現在做的東西就是想做一個NVMe HBA，比如說客戶要一個盤要128T，那我可以找三星英特爾，他說不好意思我可能要等到兩年以後，那怎麼辦？

我甚至可以支持虛擬化，可以做很多的基於NVMe的事，基於此，中段可以從16個盤變成一個盤，大大降低對主機CPU的佔用，這些我都會放在FPGA里，減少CPU的使用。現在大家都面臨一個問題，CPU拿來賣而不是拿來跑盤。舉個例子，對100G的包做一個分流，所有的I/O的包全部通過硬體輸出，因此任何一個小小的ARM都可以來做存儲控制器，所以要做I/O和數據分流。我們的計劃就是，把NVMe加進去，大家可以想像，假如我是一張網卡，對於主機來看我是一個NVMe盤，我這個盤子上面可以切成很多的小盤子，對於用戶來講，我們所做的事情就是希望把和CPU打交道的介面，能夠通過FPGA做硬體的實現，降低I/O等等對CPU的佔用。一個IP打包，然後集成到一個晶元，或者一個系統裡面。

賽靈思成立於1984年，已經35年了，總部在矽谷，中國北京有一個研發中心，我們現在所有的員工有4000人，我們客戶差不多有2萬多個客戶。看一下，我們全球大概有4300多個合作夥伴，我們出品全球第一款FPGA，第一個掛ARM存儲系統，隨著數據爆炸和AI的興起，以及後網路時代的到來，不可定義的就要FPGA。把原來差的伺服器拿出來，可以推到遠端，從傳統的原來的DAS走向SAS這個概念是一樣，把我們高性能的資源重複利用，同時又能夠集中管理，好處頗多。

賽靈思的創新在於基於FPGA方案，實現了數控分離，在ARM系統上實現I/O控制，形成完整的數據通路。

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