撬動(dòng)數(shù)據(jù)中心藍(lán)海，加速AI應(yīng)用——FPGA繁榮啟示

就像自然界的適者生存一樣，在數(shù)字世界靈活應(yīng)變的系統(tǒng)才是最可持續(xù)的。
——今天的Xilinx，一定很慶幸?guī)啄昵暗钠脚_(tái)化轉(zhuǎn)型策略。

日前，Xilinx開發(fā)者大會(huì)（XDF）亞洲站在國家會(huì)議中心舉辦，這是XDF全球三站規(guī)模最大的一站，也是Xilinx在中國規(guī)模空前的一場開發(fā)者大會(huì)，超過兩千名開發(fā)者參與。兩天時(shí)間內(nèi)，舉辦了75場報(bào)告與Lab培訓(xùn)，近100個(gè)方案演示，100+全球?qū)＜页鱿即蟮膰視?huì)議中心，館外彩旗招展，館內(nèi)熙熙攘攘，演講、討論氣氛熱烈，展臺(tái)交流熱火朝天……


如此繁榮的生態(tài)景象，對于盛行舉辦生態(tài)大會(huì)的科技界，也許不足為奇。但是如果把時(shí)間軸再拉回十幾年，FPGA的標(biāo)簽總是擺脫不了“門檻高”、“成本高”……，幾乎是半導(dǎo)體界陽春白雪一樣的存在。

隨著全球通信市場的發(fā)展壯大，F(xiàn)PGA以“萬金油”的優(yōu)勢開始發(fā)揮價(jià)值，逐漸成為數(shù)字系統(tǒng)中的通用組件。今天，FPGA已經(jīng)在數(shù)據(jù)中心占據(jù)日益重要的地位；而隨著5G、AI等發(fā)展，F(xiàn)PGA在推動(dòng)創(chuàng)新方面的優(yōu)勢也越來越顯著；再從生態(tài)建設(shè)來看，Xilinx作為一家體量并非巨大的公司，所構(gòu)建的生態(tài)系統(tǒng)、所聯(lián)合的產(chǎn)業(yè)資源越來越龐大。

這一切，不僅僅是先進(jìn)技術(shù)在開花結(jié)果，也是戰(zhàn)略成果的豐盈時(shí)刻。

Xilinx平臺(tái)化轉(zhuǎn)型年度標(biāo)志性事件

Xilinx總裁兼CEO Victor Peng在XDF上分享了公司今年所取得的重大成就，三大標(biāo)志性事件包括：

第一，Alveo加速器卡面世。去年XDF上Xilinx宣布該產(chǎn)品，一年多的時(shí)間，為滿足用戶對算力、尺寸、內(nèi)存帶寬及成本的不同需求，陸續(xù)推出U50、U200、U250和U280四大產(chǎn)品系列，用于提升云端和本地?cái)?shù)據(jù)中心服務(wù)器的性能。借助Alveo加速器卡，客戶在運(yùn)行實(shí)時(shí)機(jī)器學(xué)習(xí)推斷以及視頻處理、基因組分析、數(shù)據(jù)分析等關(guān)鍵的數(shù)據(jù)中心應(yīng)用時(shí)，能夠以更低的時(shí)延實(shí)現(xiàn)性能的突破性提升。

第二，自適應(yīng)計(jì)算加速平臺(tái) Versal ACAP于今年6月份宣布開始出貨。用Victor的話來說，“這是Xilinx多年軟硬件投資及過去 35 年產(chǎn)品架構(gòu)全部知識(shí)的積累，是一項(xiàng)重大的技術(shù)突破，將面向所有應(yīng)用和各種開發(fā)者開啟一個(gè)異構(gòu)計(jì)算加速的新時(shí)代。”Versal作為一個(gè)高度集成的多核異構(gòu)計(jì)算平臺(tái)，可在軟硬件兩個(gè)層面隨時(shí)進(jìn)行更改，能夠動(dòng)態(tài)地適應(yīng)數(shù)據(jù)中心、汽車、5G 無線、有線以及國防市場的廣泛應(yīng)用與工作負(fù)載需求。Xilinx超越FPGA成為一家平臺(tái)供應(yīng)商，Versal功不可沒。

第三，Vitis 統(tǒng)一軟件平臺(tái)的發(fā)布，該平臺(tái)可以根據(jù)軟件或算法代碼自動(dòng)適配和使用Xilinx硬件架構(gòu)，將用戶從繁雜的硬件專業(yè)知識(shí)中解放出來。該平臺(tái)將使得軟件工程師、AI科學(xué)家等更廣泛的開發(fā)人員都能夠受益于靈活應(yīng)變硬件加速的優(yōu)勢。而對于硬件開發(fā)者來說，Vitis可以通過軟硬件工程師在同一工具平臺(tái)上的協(xié)作，顯著提升工作效率。這是Xilinx首次推出一個(gè)軟件和硬件設(shè)計(jì)“大一統(tǒng)”的開發(fā)工具平臺(tái)，也是Xilinx從器件向平臺(tái)企業(yè)戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型的里程碑產(chǎn)品之一。

面對即將到來的數(shù)據(jù)爆發(fā)時(shí)代，如何依靠強(qiáng)大算力將海量無序的數(shù)據(jù)加以提取，形成有用信息給客戶帶來價(jià)值——是賽靈思近年來不斷思考的問題。 “數(shù)據(jù)中心優(yōu)先、加速核心市場發(fā)展、驅(qū)動(dòng)自適應(yīng)計(jì)算，”Victor用三大戰(zhàn)略給出了答案。

數(shù)據(jù)中心優(yōu)先戰(zhàn)略和融合發(fā)展

根據(jù)IDC預(yù)測，從2018年至2025年，全球每年被創(chuàng)建、采集或復(fù)制的數(shù)據(jù)將增長5倍以上，預(yù)計(jì)將從2018年的32ZB增至2025年的175ZB，而中國將于2025年以48.6ZB的數(shù)據(jù)量及27.8%的占比，成為全球最大的數(shù)據(jù)匯集地。無論是公有云、私有云還是混合云，面對無止境的數(shù)據(jù)增長，都希望能夠大幅提升數(shù)據(jù)中心的利用率、性能和能效，降低運(yùn)營成本和總成本。一場現(xiàn)代數(shù)據(jù)中心的升級(jí)轉(zhuǎn)型勢在必行。

Xilinx執(zhí)行副總裁兼DCG事業(yè)部總經(jīng)理 Salil Raje表示，“數(shù)據(jù)中心優(yōu)先”戰(zhàn)略共包括三個(gè)層面：一是計(jì)算，二是網(wǎng)絡(luò)，三是存儲(chǔ)。其中計(jì)算市場最大，2025年將達(dá)到70-80億美元的總體規(guī)模。

Salil認(rèn)為Xilinx靈活應(yīng)變的高性能計(jì)算、存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)加速自適應(yīng)計(jì)算加速平臺(tái)，正在加速驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)中心的升級(jí)轉(zhuǎn)型。Xilinx在數(shù)據(jù)中心的自信主要源于三方面原因：一是產(chǎn)品的自適應(yīng)能力，由于是硬件可編程，可以根據(jù)應(yīng)用，針對不同的工作負(fù)載，對內(nèi)存、精度等進(jìn)行定制化；二是FPGA的帶寬處理能力，數(shù)據(jù)流入即可實(shí)時(shí)處理，而不用等數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移到SSD或其它存儲(chǔ)器件上；三是小巧的硬件外形，靈活且節(jié)省空間。

目前在數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域，采用FPGA的加速卡解決方案已經(jīng)在FaaS云平臺(tái)、無人駕駛、視頻渲染加速、證券分析加速等多個(gè)應(yīng)用場景落地應(yīng)用。

浪潮服務(wù)器在中國市場出貨量和銷售額排名第一?；赬ilinx的產(chǎn)品，浪潮推出內(nèi)嵌HBM2高帶寬存儲(chǔ)的FPGA加速卡F37X，面向智慧城市領(lǐng)域的多通道視頻AI加速卡F07V，集成RDMA的高性能網(wǎng)絡(luò)、低延遲計(jì)算卸載的智能網(wǎng)卡N10X等多款高性能FPGA加速設(shè)備。

FPGA過去在IT生命周期中只是階段性需求，但是隨著硬件重構(gòu)加軟件定義等特性的演變，已經(jīng)成為整個(gè)IT生命周期中長期、持續(xù)的需求。浪潮集團(tuán)高級(jí)副總裁彭震在演講中提到，融合發(fā)展正在引發(fā)數(shù)據(jù)中心新一輪變革，計(jì)算、存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)的模塊融合，軟硬件一體化的平臺(tái)融合，IT、CT和OT的跨技術(shù)融合，以及“互聯(lián)網(wǎng)+”、“物聯(lián)網(wǎng)+”與“智能+”的跨產(chǎn)業(yè)融合，對計(jì)算范式的靈活性和計(jì)算架構(gòu)的開放性均帶來新的挑戰(zhàn)。

在數(shù)據(jù)中心融合發(fā)展的趨勢下，通過硬件重構(gòu)+軟件定義的融合架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)敏捷、可重構(gòu)、高性能功耗比的可定制計(jì)算將是未來數(shù)據(jù)中心創(chuàng)新的重要解決之道。浪潮希望能與Xilinx深入合作，在云、AI加速、存儲(chǔ)加速方面等引領(lǐng)更多創(chuàng)新。

據(jù)了解，Xilinx在數(shù)據(jù)中心的生態(tài)系統(tǒng)仍在不斷豐富中，目前主要包括Alveo生態(tài)系統(tǒng)和ISV（獨(dú)立軟件提供商）生態(tài)系統(tǒng)。Xilinx已經(jīng)開始與眾多知名服務(wù)器 OEM 提供商攜手Alveo 加速，培訓(xùn)企業(yè)及學(xué)術(shù)界用戶達(dá)7000 多人，加入賽靈思加速器計(jì)劃的合作伙伴已經(jīng)達(dá)800 多家，應(yīng)用發(fā)布近100 個(gè)。

迎接計(jì)算變革，Vitis AI助力推斷提速

三大趨勢正在驅(qū)動(dòng)計(jì)算變革：

首先是異構(gòu)計(jì)算。隨著計(jì)算向多元化發(fā)展，越來越多的場景引入多種不同計(jì)算單元來進(jìn)行加速計(jì)算，異構(gòu)計(jì)算應(yīng)運(yùn)而生。

其次是從云到邊緣。以前大量計(jì)算都放云端，隨著帶寬、安全需求以及邊緣側(cè)算力的提升，數(shù)據(jù)的處理方式在產(chǎn)生變化，需要適配不同場景下的計(jì)算需求。

第三是AI激增。一方面是數(shù)據(jù)量的增加，另一方面是數(shù)據(jù)形態(tài)的巨大變化。未來數(shù)據(jù)將包括越來越多的音視頻、社交等非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，以及聯(lián)網(wǎng)汽車數(shù)據(jù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)等。

Xilinx軟件與 AI 產(chǎn)品市場營銷副總裁Ramine Roane（羅明）在媒體見面會(huì)上表示，“所有的硬件和計(jì)算都應(yīng)該是自適應(yīng)的需求，這點(diǎn)得到越來越多行業(yè)的認(rèn)可?！?br />
應(yīng)對上述三大趨勢帶來的挑戰(zhàn)，Xilinx于今年10月推出Vitis統(tǒng)一軟件平臺(tái)，它把AI和傳統(tǒng)軟件開發(fā)統(tǒng)一起來，把終端計(jì)算、邊緣計(jì)算、云計(jì)算統(tǒng)一起來，把不同的架構(gòu)統(tǒng)一起來，并使它們可以使用統(tǒng)一的語言進(jìn)行加速。開發(fā)者無需硬件專業(yè)技術(shù)，就能根據(jù)軟件或算法代碼自動(dòng)定制Xilinx硬件架構(gòu)。

XDF上，Xilinx正式宣布人工智能推斷開發(fā)軟件平臺(tái)Vitis AI開放免費(fèi)下載，便于更多開發(fā)者體驗(yàn)從邊緣到云的AI和深度學(xué)習(xí)推斷加速度。與 Vitis 統(tǒng)一軟件平臺(tái)相結(jié)合，利用其異構(gòu)系統(tǒng)集成和加速能力，Vitis AI可以幫助開發(fā)者在Xilinx嵌入式SoC平臺(tái)和Alveo平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)端到端的全應(yīng)用加速，實(shí)現(xiàn)數(shù)十倍的性能提升。

為了滿足AI應(yīng)用多樣性的趨勢和適應(yīng)AI創(chuàng)新的速度，Vitis AI可提供多種深度學(xué)習(xí)處理單元 ( DPU ) ，實(shí)現(xiàn)基于AI模型和任務(wù)的硬件自適應(yīng)，而無需重新流片；Vitis AI支持Tensorflow和Caffe等業(yè)界流行框架的快速部署，從量化、編譯到硬件集成，僅需幾分鐘時(shí)間。

羅明表示，使用標(biāo)準(zhǔn)的環(huán)境與API、擁抱開源、軟硬件協(xié)同作戰(zhàn)——是未來軟硬件關(guān)系的三大方向。Xilinx完全將集成的開發(fā)環(huán)境免費(fèi)提供給用戶，讓他們將Vitis AI無縫集成在自己的開發(fā)環(huán)境中。這與過去用戶自己設(shè)計(jì)開發(fā)環(huán)境，背后調(diào)用Xilinx的編譯器和調(diào)試工具有很大的不同，更有利于軟件開發(fā)人員在自適應(yīng)的開發(fā)平臺(tái)上釋放創(chuàng)新力。

后記

數(shù)據(jù)中心加速市場正在迅速成長。據(jù)Research And Markets相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，從2018年到2023年，數(shù)據(jù)中心加速器市場將從28.4億美元增長到211.9億美元，年復(fù)合增長率(CAGR)為49.47%。其中，F(xiàn)PGA預(yù)計(jì)將會(huì)是年復(fù)合增長率最高的細(xì)分市場，該增長將由企業(yè)級(jí)工作負(fù)載加速應(yīng)用對FPGA越來越多的采用而驅(qū)動(dòng)。新的架構(gòu)正在數(shù)據(jù)中心產(chǎn)生及應(yīng)用，這是FPGA所面臨的藍(lán)海。

不過，數(shù)據(jù)中心優(yōu)先，并不意味著Xilinx會(huì)缺席其他主流市場。正如三大戰(zhàn)略中的“加速核心市場發(fā)展”，在汽車、無線基礎(chǔ)設(shè)施、有線通信、音視頻與廣播、航空航天、工業(yè)、科學(xué)與醫(yī)療、測試測量與仿真等主流領(lǐng)域，Xilinx擁有深厚的市場根基并致力于成為關(guān)鍵技術(shù)的引領(lǐng)者。

把計(jì)算加速應(yīng)用推向更廣泛的新領(lǐng)域，打造靈活應(yīng)變的系統(tǒng)，F(xiàn)PGA及自適應(yīng)計(jì)算平臺(tái)大有可為，且任重道遠(yuǎn)。

正如Victor所強(qiáng)調(diào)，Xilinx的最終目標(biāo)是：打造靈活應(yīng)變，萬物智能的世界。