當(dāng)CPU/GPU遭遇數(shù)據(jù)中心功耗天花板，SDAccel來了

　　萬物智能強大的連接能力將會把現(xiàn)有無數(shù)多個獨立的碎片化系統(tǒng)設(shè)備連接起來，比特增長的指數(shù)現(xiàn)在出現(xiàn)井噴預(yù)期。受到數(shù)據(jù)大規(guī)?；亓餍枨篁?qū)動，數(shù)據(jù)中心市場將迎來快速增長機會。

　　事實上，數(shù)據(jù)中心應(yīng)用商機蓬勃。包含云端應(yīng)用、大數(shù)據(jù)、智慧交通、智慧城市，車聯(lián)網(wǎng)、智慧工廠等領(lǐng)域都可透過物聯(lián)網(wǎng)的布建，達(dá)到降低能耗/營運成本、提升操作效率等目標(biāo)，因此業(yè)界正興起一波建立低功耗數(shù)據(jù)中心應(yīng)用模式的風(fēng)潮；而為了加速推動數(shù)據(jù)中心的建立，以軟件定義的硬件設(shè)計平臺正挾著低功耗、開放式、易于編程的優(yōu)勢快速崛起。

　　眾所周知，賽靈思在可編程邏輯領(lǐng)域占有領(lǐng)導(dǎo)性地位，此次為了強化數(shù)據(jù)中心競爭實力，進(jìn)一步地推出了為數(shù)據(jù)中心帶來最佳單位功耗性能的針對OpenCL、C和 C++的軟件開發(fā)環(huán)境SDAccel，可有效解決CPU和GPU解決方案較高功耗和性能難以滿足需求等限制，進(jìn)一步滿足未來數(shù)據(jù)中心易于編程、低功耗、高吞吐量和低時延等諸多應(yīng)用需求。

賽靈思公司亞太區(qū)銷售與市場副總裁楊飛指出，與CPU/GPU相比，賽靈思FPGA方案單位功耗性能最大能提升到25倍。

　　賽靈思為何看重數(shù)據(jù)中心這盤生意？

　　楊飛表示，去年（2014財年）賽靈思營收約24億美元（包括無線/有線通信和數(shù)據(jù)中心），在大數(shù)據(jù)推動下，數(shù)據(jù)中心有望持續(xù)快速成長，未來混合應(yīng)用場景預(yù)計高達(dá)10億美元。

　　如何克服數(shù)據(jù)中心嚴(yán)苛的功耗問題？

　　微處理器廠商竭盡全力地縮減特征尺寸，包括利用新型FinFET工藝，并在CPU中添加特殊的節(jié)電狀態(tài)，但這些仍不足以解決數(shù)據(jù)中心因集成日趨密集的服務(wù)器而造成的功耗危機。實際上負(fù)責(zé)處理標(biāo)準(zhǔn)因特網(wǎng)流量的大型數(shù)據(jù)中心一直在努力使功耗預(yù)算與電力公司的供電能力保持一致。當(dāng)增加高分辨率視頻、圖像識別、深度包檢測以及并行算法處理等特殊要求時，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)。

　　中國最大的搜索引擎提供商百度現(xiàn)已轉(zhuǎn)用深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（DNN）處理技術(shù)來解決語音識別、圖像搜索以及自然語言處理中存在的各種問題。公司迅速決策到當(dāng)在線預(yù)測使用神經(jīng)反向傳播算法時，F(xiàn)PGA解決方案遠(yuǎn)比CPU和GPU更容易進(jìn)行擴展。百度開發(fā)的400Gflop軟件定義加速器，其所用的賽靈思Kintex?-7 480t-2l PCI Express FPGA開發(fā)板可以插入到任何類型的1U或2U服務(wù)器中。在不同工作負(fù)載下，百度發(fā)現(xiàn)Kintex 7 FPGA開發(fā)板的性能均比GPU高出4倍，比CPU則高出9倍，同時在實際生產(chǎn)系統(tǒng)中功耗僅為10-20W。百度指出應(yīng)用FPGA解決方案的一大壁壘就是開發(fā)時間長，百度建議利用Xilinx SDAccel環(huán)境提供的相應(yīng)軟件工具來解決這個問題。

　　大型數(shù)據(jù)中心需要令人信服的FPGA實用功能， 微軟的案例就是一個有力的證明。在2014年年初，微軟啟動了一項計劃——使用FPGA加速Bing搜索排名。微軟公司服務(wù)器工程副總裁Kushadra Vaid最近在Linley處理器大會上的一次主題演講中展示了使用1632臺帶PCIe FPGA加速卡的服務(wù)器試生產(chǎn)結(jié)果。相對于未加速的服務(wù)器，微軟實現(xiàn)方案的吞吐量提高了2倍，而時延和成本分別降低了29%和30%。盡管Vaid展示了ASIC可以提供極高的效率，但他表示他們根本無法趕上快速變化的需求。一直阻礙FPGA在這些數(shù)據(jù)中心應(yīng)用中更廣泛使用的原因就是缺乏一款高效優(yōu)化的編譯器和相關(guān)開發(fā)環(huán)境，以滿足數(shù)十年在面向通用CPU和GPU架構(gòu)的編譯器上工作的需求。

　　楊飛表示，在CPU和GPU單位功耗性能遭遇功耗天花板，為應(yīng)對數(shù)據(jù)中心市場帶來的嚴(yán)苛低功耗挑戰(zhàn)，賽靈思挾SDAccel軟件環(huán)境、28nm硬件市場優(yōu)勢（全球PLD市場占有率約為71%）、Vivado設(shè)計套件和ASIC級芯片技術(shù)開發(fā)能力，猛攻十萬單位量級的小于25W的標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)器市場。

　　賽靈思從事特定領(lǐng)域規(guī)范環(huán)境的開發(fā)工作將近十年。數(shù)據(jù)中心管理人員和服務(wù)器/交換機OEM廠商對數(shù)據(jù)中心性能的關(guān)注有助于推動向統(tǒng)一環(huán)境縱深發(fā)展，從而在數(shù)據(jù)中心應(yīng)用中實現(xiàn)設(shè)計優(yōu)化。因此，用于加速的軟件定義開發(fā)環(huán)境SDAccel應(yīng)運而生。SDAccel的編譯器技術(shù)建立在賽靈思于2011年年初收購AutoESL時獲得的高層次綜合（HLS）技術(shù)的基礎(chǔ)上。賽靈思在過去三年多時間里進(jìn)一步開發(fā)該技術(shù)，并將其作為產(chǎn)品供貨給1000多名FPGA客戶。與此同時，賽靈思還將該技術(shù)從針對C和C++擴展到了現(xiàn)在能夠優(yōu)化本地OpenCL代碼的編譯工作。

　　為什么是SDAccel？

　　有越來越多的CPU/GPU廠商、服務(wù)器OEM廠商以及數(shù)據(jù)中心管理員都開始接受OpenCL，這表明各方都認(rèn)識到了針對單一處理器架構(gòu)的基于C的優(yōu)化編譯器只能在服務(wù)器機架中實現(xiàn)較小的總體功耗削減，即使處理器采用20nm以下工藝并進(jìn)入特殊的省電模式亦是如此。對于大量使用DSP和圖形的應(yīng)用領(lǐng)域來說，例如數(shù)據(jù)挖掘與智能、3D可視化，以及微生物學(xué)、金融貿(mào)易和類似垂直市場中的并行算法開發(fā)，一段時間以來這個問題尤為明顯。

　　到目前為止，私企或?qū)W術(shù)界都未能在統(tǒng)一的FPGA設(shè)計充分發(fā)揮OpenCL的強大功能。SDAccel開發(fā)環(huán)境使開發(fā)人員可以在x86目標(biāo)板上執(zhí)行高效的編譯迭代，用自動生成的周期精確內(nèi)核模型進(jìn)行仿真，并執(zhí)行協(xié)同仿真與驗證。隨后，可針對FPGA架構(gòu)編譯優(yōu)化設(shè)計方案。

　　利用FPGA實現(xiàn)低功耗數(shù)據(jù)中心不可能一蹴而就。百度、戴爾、微軟等公司對新設(shè)計方法的推廣將有助于提升新型異構(gòu)服務(wù)器的認(rèn)知度，同時，HSA聯(lián)盟將在OpenCL使用標(biāo)準(zhǔn)化過程中起到類似作用，或許會在幾年內(nèi)使并行語言成為標(biāo)準(zhǔn)語言。

　　不過，要發(fā)揮OpenCL FPGA的最大效用，需要的不僅是目前所提供的點式編譯工具。SDAccel不僅使加速內(nèi)核接近傳統(tǒng)CPU和GPU，甚至超越它們以往的性能，而且還能簡化面向未來低功耗異構(gòu)數(shù)據(jù)中心的FPGA產(chǎn)品的開發(fā)工作。

　　還有一點可能大家都比較關(guān)注的，那就是對于已習(xí)慣于CPU或GPU開發(fā)環(huán)境平臺的工程師專家們，SDAccel是如何解決平臺過渡的問題的？

　　楊飛指出，賽靈思已經(jīng)想工程技術(shù)開發(fā)人員之所想，SDAccel軟件環(huán)境本身就是類CPU/GPU開發(fā)環(huán)境，因此在開發(fā)環(huán)境相似前提下，SDAccel將非常容易上手。
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