CAPI SNAP開發(fā)及應(yīng)用教程

在之前的OpenPOWER歐洲峰會上，我們推出了全新的框架，旨在便于開發(fā)者開始采用CAPI加速其應(yīng)用開發(fā)。CAPI存儲、網(wǎng)絡(luò)和分析編程框架，或者簡稱為CAPI SNAP，通過OpenPOWER成員的多家公司共同協(xié)作努力開發(fā)而成，如今將與多家前期應(yīng)用合作伙伴展開內(nèi)部測試。

但是CAPI SNAP到底是什么呢？為了回答這個問題，我希望為各位深入介紹一下CAPI SNAP的運行原理。該框架通過簡化API（對加速功能的調(diào)用）和加速功能的編碼，從而可以擴展CAPI技術(shù)。利用CAPI SNAP，通過FPGA加速可以提高您的應(yīng)用性能，因為計算資源與海量數(shù)據(jù)的關(guān)系更加密切。
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簡潔的API

ISV尤其關(guān)注這個框架的編程支持功能。該框架API可以支持應(yīng)用調(diào)用加速功能。創(chuàng)新的FPGA框架邏輯可以實施所有計算工程接口邏輯、數(shù)據(jù)移動、高速緩存和預(yù)取工作——讓程序員只專注于加速器功能的開發(fā)。

沒有框架，應(yīng)用程序員必須創(chuàng)建運行時加速庫，執(zhí)行如圖1所示的任務(wù)。

但現(xiàn)在借助CAPI SNAP，應(yīng)用僅僅需要如圖2所示的那樣的調(diào)用功能。這種簡潔的API擁有源數(shù)據(jù)（地址/位置），可以執(zhí)行的特定加速操作，以及發(fā)送結(jié)果數(shù)據(jù)的目標（地址/位置）。

圖2：使用CAPI SNAP調(diào)用加速功能該框架能夠?qū)?shù)據(jù)移動到加速器，并儲存結(jié)果。

拉近計算與數(shù)據(jù)的距離
API參數(shù)的簡潔性兼具出色和強大的特點。源地址和目標地址不僅是凝聚系統(tǒng)內(nèi)存單元，他們也是附加存儲、網(wǎng)絡(luò)或內(nèi)存地址。例如，如果框架卡具有附加存儲，應(yīng)用可能會通過存儲獲得一個大型模塊（或多個模塊）的數(shù)據(jù)，對FPGA中的數(shù)據(jù)執(zhí)行搜索、交叉或合并這樣的操作，并將搜索結(jié)果發(fā)送給主系統(tǒng)內(nèi)存的指定目標地址。與圖3所示的標準軟件方法相比，這種方法具有更大的性能優(yōu)勢。

圖3：軟件中的應(yīng)用搜索功能（無加速框架）

圖4所示為源數(shù)據(jù)通過QSFP+端口流入加速器的方式，其中FPGA執(zhí)行搜索功能。該框架然后會將搜索結(jié)果轉(zhuǎn)發(fā)給系統(tǒng)內(nèi)存。

圖4：采用加速框架搜索引擎的應(yīng)用

該框架的性能優(yōu)勢提高了兩倍：
1. 通過拉近計算與數(shù)據(jù)之間的距離（在這種情況下，即指搜索），F(xiàn)PGA可以提高訪問存儲的帶寬。
2. FPGA的加速搜索比軟件搜索速度更快。

表1的數(shù)據(jù)對比了兩種方法，表明性能提高了3倍。通過拉近計算與數(shù)據(jù)之間的距離，與將整體數(shù)據(jù)移動到系統(tǒng)內(nèi)存這種方法相比，F(xiàn)PGA提高了輸入（或輸出）速度。

POWER+CAPI SNAP框架

只有軟件

輸入100GB的數(shù)據(jù)

兩個100Gb/s端口:4秒

一個PCI-E Gen3×8 NIC:12.5秒

執(zhí)行搜索

<1微秒

<100微秒

發(fā)送結(jié)果到系統(tǒng)內(nèi)存

<400納秒

0

總時間

4.0000014秒

12.50001秒

簡化加速操作的編程
編程API不僅是CAPI SNAP的唯一簡化功能。該框架還簡化了FPGA中“操作碼”的編程。該框架能夠檢索源數(shù)據(jù)（無論是在系統(tǒng)內(nèi)存、存儲、網(wǎng)絡(luò)等），并將結(jié)果發(fā)送到指定目標。使用高級語言（如C/C++或Go）編程的程序員只需要專注其數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換或“操作”即可。與框架兼容的編譯器可將高級語言轉(zhuǎn)化為Verilog，然后利用Xilinx的Vivado工具集加以合成。

開源版本將會包括多種全功能實例加速器，為用戶提供所需的起點和全端口聲明，以便接收源數(shù)據(jù)并返回目標數(shù)據(jù)。