軟件工程也能跨界玩轉(zhuǎn)FPGA

隨著3G和4G的發(fā)展，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)速度不斷提升，為移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)帶來了良好的發(fā)展條件，但同時(shí)帶來的爆炸式數(shù)據(jù)流量增長對(duì)運(yùn)營商形成了巨大的壓力，傳統(tǒng)的擴(kuò)容方式就是不斷增加X86服務(wù)器，以應(yīng)對(duì)巨大的用戶訪問需求，但是增加服務(wù)器隨之帶來的能源損耗讓運(yùn)營商不堪重負(fù)，電費(fèi)成為最大的運(yùn)營成本。因此，數(shù)據(jù)中心運(yùn)維人員不得不尋求更高性能的服務(wù)器。

移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的春天，FPGA新的市場機(jī)遇
隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，數(shù)據(jù)中心運(yùn)維人員采用通過易于編程的多核CPU和GPU來開發(fā)應(yīng)用，但CPU和GPU都遇到了單位功耗性能的瓶頸--當(dāng)增加高分辨率視頻、圖像識(shí)別、深度包檢測以及并行算法處理等特殊要求時(shí)，就很難讓帶有標(biāo)準(zhǔn)CPU或GPU的PCI Express開發(fā)板將功耗預(yù)算保持在25瓦以內(nèi)。研究發(fā)現(xiàn)，基于FPGA的應(yīng)用加速想比CPU/GPU實(shí)現(xiàn)方案，單位功耗性能可提升25倍，而時(shí)延則縮短了50到75倍，與此同時(shí)還能實(shí)現(xiàn)出色的I/O集成（PCIe、DDR4SDRAM接口、高速以太網(wǎng)等）。換言之，F(xiàn)PGA 能在單芯片上提供高能效硬件應(yīng)用加速所需的核心功能，并同時(shí)提供每個(gè)開發(fā)板目標(biāo)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(yōu)勢固然明顯，但是負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)中心運(yùn)維人員基本全部為軟件工程師，他們對(duì)FPGA的硬件知識(shí)高度缺乏，如果他們想通過FPGA實(shí)現(xiàn)自己想要的功能，首先需要編寫程序，然后讓硬件工程師轉(zhuǎn)化為硬件開發(fā)語言才能夠?qū)崿F(xiàn)，這在無形中增加了開發(fā)成本，同時(shí)加長了開發(fā)周期，讓軟件工程師直接控制FPGA成為很多運(yùn)營商的當(dāng)務(wù)之急。

軟件工程師也能玩轉(zhuǎn)FPGA
軟件工程師是否要一直受制于硬件知識(shí)匱乏的不足？答案是否定的。近日，賽靈思在2014國際超算大會(huì)上推出了針對(duì)OpenCL、C和C++的SDAccel開發(fā)環(huán)境，這款軟件帶有用于代碼開發(fā)、特性分析與調(diào)試的Eclipse集成設(shè)計(jì)環(huán)境（IDE），可提供類似于CPU/GPU 的工作環(huán)境，開發(fā)人員可以快速上手應(yīng)用。賽靈思公司亞太區(qū)銷售與市場副總裁楊飛介紹，SDAccel具有三大優(yōu)勢：第一，首款針對(duì)OpenCL、C和C++的架構(gòu)優(yōu)化編譯器；第二，在FPGA上首次實(shí)現(xiàn)完全類似CPU/GPU的開發(fā)體驗(yàn)；第三，在FPGA上首次實(shí)現(xiàn)完全與CPU/GPU的運(yùn)行時(shí)間體驗(yàn)。

SDAceel提供OpenCL、C、C++編譯能

楊飛強(qiáng)調(diào)，借助SDAccel，開發(fā)人員能夠使用其熟悉的工作流程優(yōu)化應(yīng)用，而且即便之前沒有FPGA使用經(jīng)驗(yàn)，也能受益于FPGA平臺(tái)的優(yōu)勢。集成設(shè)計(jì)環(huán)境（IDE）不僅可提供編碼模板和軟件庫，而且還能對(duì)各種開發(fā)目標(biāo)進(jìn)行編譯、調(diào)試和特性分析，如在X86平臺(tái)上仿真、使用快速仿真進(jìn)行性能驗(yàn)證以及在FPGA處理器上進(jìn)行本地執(zhí)行等。IDE可在數(shù)據(jù)中心用FPGA平臺(tái)上執(zhí)行應(yīng)用。該平臺(tái)配套提供面向所有支持開發(fā)目標(biāo)的自動(dòng)儀器插入功能。此外，SDAccel還經(jīng)過精心設(shè)計(jì)，使CPU/GPU開發(fā)人員能夠輕松將其應(yīng)用遷移到FPGA上，同時(shí)還可在他們熟悉的工作流程中維護(hù)和復(fù)用OpenCL、C和C++代碼。SDAccel環(huán)境包括編程器用IDE、基于C語言的FPGA優(yōu)化庫，以及數(shù)據(jù)中心用現(xiàn)成商用（COTS）平臺(tái)。

SDAccel開發(fā)平臺(tái)

SDAccel庫包括用于高性能低功耗實(shí)現(xiàn)方案的內(nèi)置OpenCL函數(shù)、DSP、視頻以及線性代數(shù)庫。針對(duì)特定領(lǐng)域加速，賽靈思聯(lián)盟合作成員Auviz Systems提供了精心優(yōu)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(yù)計(jì)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?cè)谫愳`思FPGA硬件基礎(chǔ)上開發(fā)應(yīng)用方案。

FPGA可實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)重加載

只有SDAccel能夠支持帶有多個(gè)程序和類似CPU / GPU按需可加載計(jì)算單元的應(yīng)用。與CPU/GPU類似，SDAccel對(duì)于FPGA解決方案的獨(dú)特之處，在于能夠保持程序轉(zhuǎn)換過程中的系統(tǒng)正常工作。SDAccel是業(yè)界唯一能夠創(chuàng)建可在應(yīng)用運(yùn)行過程中加載新加速器內(nèi)核的FPGA計(jì)算單元的環(huán)境。 在整個(gè)應(yīng)用執(zhí)行過程中，存儲(chǔ)器、以太網(wǎng)、PCIe和性能監(jiān)控器等關(guān)鍵系統(tǒng)接口和功能均保持工作狀態(tài)。即時(shí)可重配置的計(jì)算單元可讓多個(gè)應(yīng)用共享FPGA加速器。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，軟件從業(yè)者是硬件從業(yè)者的幾十倍，賽靈思開發(fā)SDAccel的目的不僅擴(kuò)大了市場范圍，更重要的是為軟件工程師提供了便捷服務(wù)。移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)飛速發(fā)展，大數(shù)據(jù)紛飛，云計(jì)算如雷貫耳，高通日前宣布進(jìn)入服務(wù)器領(lǐng)域（高通服務(wù)器芯片，會(huì)重演英特爾的歷史命運(yùn)嗎？），直接對(duì)抗X86架構(gòu)，孰勝孰負(fù)有待分曉，不管誰會(huì)稱霸服務(wù)器市場，F(xiàn)PGA的重要角色都不可或缺，“FPGA不是要代替服務(wù)器，而是輔助服務(wù)器提高運(yùn)行速度，降低功耗?！睏铒w補(bǔ)充，“賽靈思的業(yè)務(wù)模式是軟件幾乎免費(fèi)，只象征性收費(fèi)，這對(duì)于用戶來說可以節(jié)省更多成本?！?/p>

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