数据中心“加速”究竟需要怎样的FPGA创新？
近年来，数据中心加速器市场正成长迅速，据Research And Markets的相关数据显示，从2018年到2023年，数据中心加速器市场将从28.4亿美元增长到211.9亿美元，年复合增长率(CAGR)为49.47%。其中，FPGA预计将会是年复合增长率最高的细分市场，该增长将由企业级工作负载加速应用对FPGA越来越多的采用而驱动。
Achronix和BittWare联合发布的VectorPath S7T-VG6加速卡
数据中心系统中，采用FPGA方案可以带来很多好处。Achronix中国区销售总监郭道正表示：“首先带来的是效率的提升，对于某些应用来说，FPGA相比CPU和GPU会有更好的性价比，因为FPGA天生存在的价值就是可编程的，并不像很多芯片的那种固定的配置，当有新型应用的时候，通过FPGA算法的改变就可以适配新的应用。但如果采用芯片来做，客户还需要重新去做硬件设计;还有就是FPGA的操作和部署，因为它是板卡，所以用户可以根据自己的需求去放置对应的数量，从而可以进行快速的部署。”
为什么云端加速需要FPGA?
众所周知，过去10G的网络一般都是采用CPU来做数据处理，但随着网络带宽的越来越大，像25G甚至100G的网络，传统CPU的处理方式显然会非常有压力。一方面，由于CPU不只是需要处理网络数据，还要处理更多应用方面的数据信息。所以，从大概几年前起，业界已经陆续开始将一些网络方面的数据处理加速交给FPGA。
而另一方面，随着如今移动互联和包括5G在内的高速传输应用越来越多，这些大规模的应用产生的数据量可谓十分惊人。最终，这些数据也需要被拿来存储和分析的，Achronix市场营销副总裁Steve Mensor表示：“如果我们仍然以来现在的CPU来处理，速度会非常慢。因此，现在的数据中心都开始用硬件，包括FPGA来运行和存储相关的这些应用。从性能指标上做对比的，总体来看FPGA相比传统的CPU，性能会提升10-100倍的量级，这也是为何FPGA成为越来越多应用场景做云端加速方案的首选。”
Achronix市场营销副总裁Steve Mensor
最开始将FPGA用在数据中心的就是微软公司，之后亚马逊也开始效仿微软的设计，这两大的云服务巨头其实是有相当强的实力和工程资源来将整个FPGA方案集成在板子上和服务器上面的，从而将硬件做集成一体化。但对很多Tier 2的企业来说，他们并没有这个资源和实力，Achronix市场营销副总裁Steve Mensor表示：“如果一味的将加速器集成在服务器一起，会浪费太多的资源，得不偿失。因此，对Tier2的客户来说，他们更希望能够直接用到基于FPGA的加速方案，将自家的算法和API配置到加速卡上，去开发自己的业务。”这就让Achronix与BittWare本次合作推出的VectorPath S7T-VG6加速卡更具看点。
存储和接口创新有多重要?
从官方的发布内容来看，VectorPath S7T-VG6是由Achronix和Molex旗下FPGA加速器产品供应商BittWare联合推出的一款全新的、面向高性能计算和数据加速应用的FPGA加速卡。加速卡的核心即为今年5月Achronix正式对外发布的7nm的Speedster7t FPGA芯片，能够被用于快速开发人工智能/机器学习(AI / ML)、网络和数据加速应用的平台。
据Achronix透露，这款加速卡是面向未来2-3年的应用，其主要对标的市场为数据中心的云端和边缘计算加速领域。Molex副总裁Sam Bichara表示：“首先，在PCIe接口上，现在业界还普遍在用PCIe Gen3X16的接口，且我们目前测试的也是这种接口。但在板卡端的设计上，我们预留了PCIe Gen4的接口，未来的话Achornix的FPGA芯片实际上也是可以支持到Gen5即32G的速率。如果说业界的关于PCIe服务器已经逐渐在市场上成为主流之时，我们的板卡只需要做相应的软件升级，在客户端就可以直接应用。”
Achronix 市场营销副总裁 Steve Mensor和Molex副总裁Sam Bichara展示VectorPath加速卡
除此之外，在网络接口方面，Steve Mensor告诉记者：“我们会提供可支持一系列工业标准协议和线速的硬件MAC和FEC IP，去支持客户做网络接口的开发。目前的网络接口主要有两种，一个是基于QSFP56，这种接口大概是200GbE，因为目前整个业界400G还没有真正起量，100G基本上相对也比较成熟，无论是服务器还是交换机端逐渐都在朝着200G去做开发，比如现在一些大的数据中心客户也都慢慢开始布局200G的技术。但更多小客户的服务器和交换机大多还集中在10G、25G和40G这几个级别，这样的话我们可以提供多种的方案。比如用铜缆的话，可以采用一分四或一分二的方式，分别将200G或两个100G的线分出多个接口，将它们分别安装在机房的接口上面。同样，另一个QSFPDD的400G接口，也可以利用铜缆或光模块将其分散到机房里。不过目前，400G接口的在市场上还比较少见，一般实验室或者终端的客户往往都还停留在10G、25G、40G、50G，甚至像100G和200G的都比较少。所以，我们还会提供线缆的方案，客户可以根据自己系统的情况将这些接口很好的做适配。”
同时，在存储方面主要用的是GDDR6，辅助用DDR4。究其原因，Steve Mensor表示：“相对目前客户的应用比如像集成在芯片上的HBM2这个级别的存储来说，我们的这个配置是非常灵活的，同时价格也可以很低。因为，HBM2的价格是很贵的，它需要集成到芯片上，而且也比较复杂。对于相当一部分客户的应用，是不会把很多的数据放在GDDR6上面的，这样的话有DDR4在这里可以提供一个很好的性价比。”
存储之后，Achronix还创新性的引入了可扩展的OCuLink接口。郭道正解释到：“因为现在在很多数据中心和客户端，很多是基于NVMe的应用，提供高速存储系统，因为NVMe也是PCIe的接口，所以它可以和OCuLink结合起来，做NVMe的接入。同时，它对于卡级的级联通过OcuLink接口也可以做高速通道来处理，具有低延时，高带宽。另外，有的客户认为板卡的接口对他们来说还是不够硬，那么他们可能会开发一个附加的板卡，通过OCuLink的接口和他们的附加的板卡连接起来，做附加的I/O扩展。最后就是新系统的集成，包括我们旧板子和Debug板子，包括新协议的板子和算法，也可以通过OCuLink结合起来做特别的处理。”这种灵活的设计方式，进一步提升了客户在产品开发上的差异化能力。
小结：
总之，借助于Achronix不久前推出的Speedster7t独立FPGA芯片的硬实力，加之BittWare公司FPGA加速器技术的强力辅助，Achronix如今在数据中心加速器市场可谓迈出了关键一步。但未来，Achronix还需直面赛灵思和Altera等强劲对手的反击，编者认为，Achronix仍需继续以核心技术为主导，吸引有实力和名气的合作伙伴打造更多高性价比产品，借助他们的渠道来步步反噬竞争对手的市场，才能在日益激烈的数据中心加速器市场赢得一席之地。
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