基于FPGA的異構(gòu)計(jì)算是趨勢(shì)

算起來(lái)，人工智能（AI）概念已經(jīng)提出60多年了，而最近兩年，得益于智能終端的普及帶來(lái)的數(shù)據(jù)爆發(fā)式增長(zhǎng)，以及深度學(xué)習(xí)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法的發(fā)展，AI市場(chǎng)受到了空前的關(guān)注，但AI要得以快速普及，還缺少高算力的推動(dòng)，需要提供更好的硬件加速條件。

2018年4月17日，業(yè)界領(lǐng)先的異構(gòu)加速和業(yè)務(wù)卸載方案提供商杭州加速云信息技術(shù)有限公司在京舉辦了科技峰會(huì)及新產(chǎn)品發(fā)布會(huì)，隆重發(fā)布了四大創(chuàng)新產(chǎn)品（兩個(gè)系列硬件加速產(chǎn)品（SC-OPS, SC-VPX）、兩個(gè)IP庫(kù) (FDNN, FBLAS)）及三大解決方案（深度學(xué)習(xí)解決方案、高性能計(jì)算及數(shù)字信號(hào)處理解決方案、邊緣計(jì)算解決方案）。

搶先布局異構(gòu)計(jì)算

杭州加速云信息技術(shù)有限公司創(chuàng)始人兼CEO鄔剛是學(xué)習(xí)通信出身，最早跟隨中國(guó)程控電話交換機(jī)之父鄔江興院士進(jìn)入通信行業(yè)。兩年之后，他加入了華為負(fù)責(zé)芯片設(shè)計(jì)。2007年開(kāi)始創(chuàng)業(yè)，創(chuàng)辦過(guò)3家公司，對(duì)CPU總線、多核處理器的發(fā)展有著清晰的理解。經(jīng)過(guò)多年的積累和對(duì)未來(lái)市場(chǎng)的預(yù)估，2015年9月，鄔剛先生創(chuàng)辦了加速云。

杭州加速云信息技術(shù)有限公司創(chuàng)始人兼CEO 鄔剛

加速云的解決方案可以廣泛應(yīng)用于深度學(xué)習(xí)、人工智能、金融、機(jī)器視覺(jué)等領(lǐng)域。目前已與阿里、騰訊、科大訊飛等多家企業(yè)開(kāi)展深入合作。

“加速云是從技術(shù)上推導(dǎo)出來(lái)的一家公司，起源于2014年我們家迎來(lái)第一個(gè)小朋友，在陪產(chǎn)過(guò)程中形成的一個(gè)想法?！?鄔剛先生提及創(chuàng)辦加速云的心路歷程，“在2014年，按照英特爾的發(fā)展，下一步一定是異構(gòu)，我們當(dāng)時(shí)認(rèn)為異構(gòu)，要么用GPU，要么用FPGA。英特爾在GPU上有一次失敗嘗試，加上GPU自身功耗太高等問(wèn)題，F(xiàn)PGA會(huì)是異構(gòu)計(jì)算的一個(gè)理想選擇。”

事實(shí)上，在加速云誕生之初已經(jīng)擁有強(qiáng)大的技術(shù)儲(chǔ)備。基于FPGA來(lái)做異構(gòu)計(jì)算是鄔剛先生2014年4月就想出來(lái)的計(jì)劃，直等到2014年10月英特爾在IDF大會(huì)上宣布x86+FPGA處理器，他認(rèn)為這個(gè)機(jī)會(huì)點(diǎn)來(lái)了，11月份正式開(kāi)始研究，到2015年4月，研發(fā)出了第一代原型機(jī)，2015年9月開(kāi)始量產(chǎn)，加速云公司隨之注冊(cè)。

在深度學(xué)習(xí)中，做好算法只完成了1/3，在這個(gè)團(tuán)隊(duì)里面，既需要很強(qiáng)的實(shí)現(xiàn)算法的能力，還要有非常強(qiáng)的工程化能力，這種工程化的能力，包括接口和實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)的能力。“我們知道做出一個(gè)東西很容易，但是做好還是挺難的。我們有一個(gè)非常小的板卡，迭代了四代，每一次迭代都要花百萬(wàn)人民幣，因?yàn)橛布度牒艽螅看蔚锌赡苤桓牧艘稽c(diǎn)，我們發(fā)現(xiàn)未來(lái)可能存在的一些風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題，就把它改掉，這是我們團(tuán)隊(duì)特別的地方。我們是一個(gè)工程化能力非常強(qiáng)的團(tuán)隊(duì)，整體技術(shù)行不行是我們最重要的考量?！?鄔剛先生介紹。

基于FPGA的異構(gòu)計(jì)算是趨勢(shì)

目前處于AI大爆發(fā)時(shí)期，異構(gòu)計(jì)算的選擇主要在FPGA和GPU之間。盡管目前異構(gòu)計(jì)算使用最多的是利用GPU來(lái)加速，F(xiàn)PGA作為一種高性能、低功耗的可編程芯片，在處理海量數(shù)據(jù)時(shí)，F(xiàn)PGA計(jì)算效率更高，優(yōu)勢(shì)更為突出，尤其在大量服務(wù)器部署時(shí)，隱形的運(yùn)營(yíng)成本會(huì)得到顯著降低。

此外，低延遲、確定性延遲，也是FPGA天然的優(yōu)勢(shì)。

鄔剛表示：“人工智能已經(jīng)進(jìn)入我們的生活，但是未來(lái)發(fā)展還存在瓶頸，需要硬件技術(shù)和算法方面的突破。異構(gòu)計(jì)算是計(jì)算架構(gòu)的未來(lái)趨勢(shì)，而FPGA 是實(shí)現(xiàn)異構(gòu)計(jì)算的完美選擇。加速云創(chuàng)新的異構(gòu)計(jì)算加速平臺(tái)解決方案，具有高性能、高效率、低延時(shí)特性以及可編程性和遠(yuǎn)程可重構(gòu)能力，非常適合云上的彈性業(yè)務(wù)的需求。我們希望能夠通過(guò)我們的技術(shù)，幫助更多的企業(yè)實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí)，在大數(shù)據(jù)時(shí)代贏得先機(jī)?！?/p>

全球最高性能FPGA加速卡

SC-OPS是加速云推出的全球首張Intel Stratix 10 FPGA加速卡，采用Intel最新14nm工藝的Stratix10 GX2800 FPGA器件，單板支持12個(gè)200維雙精度線性方程求解，運(yùn)算時(shí)間為466us，為x86系統(tǒng)60~120倍性能；單卡可以實(shí)現(xiàn)4500幀/S以上圖像分類(lèi)（采用AlexNet卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，int16）。

SC-OPS可以廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心、云計(jì)算、機(jī)器視覺(jué)、深度學(xué)習(xí)、高性能計(jì)算、仿真、金融等領(lǐng)域。

全球最高集成度VPX業(yè)務(wù)卡

SC-VPX是全球計(jì)算密度最高的VPX刀片加速平臺(tái)，采用Intel Stratix 10 GX2800器件，兼容GX1650，構(gòu)造業(yè)界先進(jìn)、靈活、高效的信號(hào)處理和深度學(xué)習(xí)架構(gòu)，主要定位高校研究所等單位的雷達(dá)、通信、深度學(xué)習(xí)相關(guān)領(lǐng)域的產(chǎn)品原型快速搭建和算法開(kāi)發(fā)與應(yīng)用。

6U整機(jī)可以支持92T/50T FLOPS單精度浮點(diǎn)處理能力，整機(jī)可以通過(guò)交換板互聯(lián)構(gòu)筑更大的系統(tǒng)；支持OpenCL、Verilog開(kāi)發(fā)，支持高性能計(jì)算庫(kù)。

RTL級(jí)深度學(xué)習(xí)加速庫(kù)

深度學(xué)習(xí)加速庫(kù)FDNN是國(guó)內(nèi)首個(gè)支持通用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的FPGA加速庫(kù)，基于RTL級(jí)代碼，可以提供很高的性能和靈活配置特性。

參數(shù)可配置的深度學(xué)習(xí)基礎(chǔ)庫(kù)：卷積、池化、全連接、非線性函數(shù)；兼容CAFFE/TensorFlow模型數(shù)據(jù)；常見(jiàn)各種模型：VGG16, Lenet, YOLO, SSD, ResNet。

RTL級(jí)高性能數(shù)學(xué)加速庫(kù)

高性能計(jì)算加速庫(kù)FBLAS是業(yè)界更高性能的RTL級(jí)數(shù)學(xué)加速庫(kù)。參數(shù)可配的OpenBlas庫(kù)Level2/3：矩陣乘、矩陣分解、矩陣求逆，線性方程求解、微分方程求解，三角函數(shù)、非線性求解、超越函數(shù)，傅里葉變換。

FDNN是專(zhuān)門(mén)為深度學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)的，F(xiàn)BLAS更多是偏向于數(shù)字信號(hào)處理和高性能計(jì)算。

三大解決方案

?深度學(xué)習(xí)加速解決方案-加速云推出一整套基于FPGA的深度學(xué)習(xí)加速方案，包括SC-OPM/SC-OPF/SC-OPS加速卡及FDNN加速庫(kù)，滿足客戶對(duì)深度學(xué)習(xí)高性能、靈活性加速要求。為了方便客戶使用高層語(yǔ)言開(kāi)發(fā)，加速云提供基于FPGA完整的OpenCL異構(gòu)開(kāi)發(fā)環(huán)境，快速實(shí)現(xiàn)用戶自定義的深度學(xué)習(xí)加速方案。同時(shí)加速云也提供快速深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)定制加速服務(wù)。

?數(shù)字信號(hào)處理解決方案-針對(duì)雷達(dá)、通信等數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)的要求，結(jié)合Intel最新14nm工藝的 Stratix10 FPGA系列，加速云提供了一套完整的硬件和軟件相結(jié)合的解決方案，實(shí)現(xiàn)了高性能矩陣運(yùn)算（矩陣乘、轉(zhuǎn)置、求逆、QR分解）和超高速FFT(傅立葉變換)。為了方便客戶使用高層語(yǔ)言開(kāi)發(fā)，加速云提供基于FPGA完整的OpenCL異構(gòu)開(kāi)發(fā)環(huán)境，快速實(shí)現(xiàn)用戶自定義的信號(hào)處理加速方案。

?邊緣計(jì)算解決方案-加速云智能工控解決方案采用高性能Intel Arria10 GX660器件, 具有模塊化設(shè)計(jì)，強(qiáng)實(shí)時(shí)特性和高性能的算法IP加速、完整的OpenCL異構(gòu)開(kāi)發(fā)環(huán)境，可以實(shí)現(xiàn)新一代高性能邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān)，應(yīng)用于各種工業(yè)環(huán)境。

加速云最核心的競(jìng)爭(zhēng)力在于其IP方面，除了用于數(shù)字信號(hào)處理和高性能計(jì)算的數(shù)學(xué)庫(kù)FBLAS，以及用于深度學(xué)習(xí)的FDNN庫(kù)，還具有很多接口類(lèi)的IP（高速通信接口、視頻接口）、協(xié)議類(lèi)IP（壓縮、解壓縮、加解密），研發(fā)團(tuán)隊(duì)在FPGA方面有著十多年的經(jīng)驗(yàn)，積累了很多相關(guān)的IP。

憑借自身在FPGA上的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，加速云獲得合作伙伴的大力支持，可以率先拿到英特爾第一批流片的內(nèi)部測(cè)試芯片，對(duì)加速云保持技術(shù)領(lǐng)先非常重要。

北京站是加速云“加速新科技，驅(qū)動(dòng)智未來(lái)” 科技峰會(huì)的首站，接下來(lái)加速云將在上海、成都、西安三大城市分享其最新成果。過(guò)去兩年，加速云平均每年都有獲得一次融資，據(jù)悉，第三輪融資正在達(dá)成。