数据中心“加速”究竟需要怎样的FPGA创新?

来源:华强电子网 作者:Andy 时间:2019-11-01 18:08

数据中心 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。

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  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。”

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  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。”

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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。”

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  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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