Xilinx全軟件開發環境利用FPGA實現數據中心應用加速
2015-01-14 21:15:54 本站原創在數據處理邁入云計算時代后，隨著海量數據的不斷增加，業界對于服務器的性能的要求越來越高。設計人員既希望GPU易于編程，同時又希望硬件具有低功耗、高吞吐量和最低時延功能。同時，多核CPU和GPU加速器在可擴展性上也存在嚴重的問題，而可運行高功率圖形卡的插入式PCIe開發板又受限于功耗的瓶頸。單純依靠硬件性能的提升來解決云計算時代所面臨的問題變得越來越困難。
針對客戶的這類難題，賽靈思公司（Xilinx, Inc.）在2014國際超算大會（Super Computing 2014）上宣布推出針對OpenCL™、C和C++的SDAccelTM開發環境，將單位功耗性能提高達25倍，從而利用FPGA實現數據中心應用加速。SDAccel是賽靈思SDx™系列的最新成員，將業界首款支持OpenCL、C和C++內核任意組合的架構優化編譯器、庫、開發板完美結合在一起，在FPGA上首次實現了完全類似CPU/GPU的開發和運行時間體驗。
SDAccel的架構優化編譯器相對CPU或GPU，單位功耗性能提高達25倍，相對其它FPGA解決方案，性能和資源效率提高3倍。SDAccel采用了已被1,000多名程序員廣泛使用的基礎編譯器技術。SDAccel充分利用該編譯器的功能，使軟件開發人員能夠利用新的或現有的OpenCL、C和C++ 代碼創建高性能加速器，并針對計算搜索、圖像識別、機器學習、編碼轉換、存儲壓縮和加密等各種數據中心應用中的存儲器、數據流和流水線技術進行了精心優化。
借助SDAccel，開發人員能夠使用其熟悉的工作流程優化應用，而且即便之前沒有FPGA使用經驗，也能受益于FPGA平臺的優勢。集成設計環境（IDE）不僅可提供編碼模板和軟件庫，而且還能對各種開發目標進行編譯、調試和特性分析，如在X86平臺上仿真、使用快速仿真進行性能驗證以及在FPGA處理器上進行本地執行等。IDE可在數據中心用FPGA平臺上執行應用。該平臺配套提供面向所有支持開發目標的自動儀器插入功能。此外，SDAccel還經過精心設計，使CPU/GPU開發人員能夠輕松將其應用遷移到FPGA上，同時還可在他們熟悉的工作流程中維護和復用OpenCL、C和C++代碼。
綜合全面的SDAccel環境包括編程器用IDE、基于C語言的FPGA優化庫，以及數據中心用現成商用（COTS）平臺。
SDAccel庫包括用于高性能低功耗實現方案的內置OpenCL函數、DSP、視頻以及線性代數庫。針對特定領域加速，賽靈思聯盟合作成員Auviz Systems提供了優化的OpenCV和BLAS OpenCL兼容型軟件庫。原有的COTS成員包括Alpha Data、Convey、Pico Computing，預計2015年年初還將增加更多成員。
SDAccel能夠支持帶有多個程序和類似CPU/GPU按需可加載計算單元的應用。與CPU/GPU類似，SDAccel對于FPGA解決方案的獨特之處在于能夠保持程序轉換過程中的系統正常工作。SDAccel是能夠創建可在應用運行過程中加載新加速器內核的FPGA計算單元的環境。在整個應用執行過程中，存儲器、以太網、PCIe和性能監控器等關鍵系統接口和功能均保持工作狀態。即時可重配置的計算單元可讓多個應用共享FPGA加速器。例如通過對運行系統編程，可支持圖像搜索、視頻轉碼和圖像處理之間的切換。
該產品基于已發布的Khronos規范，有望通過Khronos一致性測試過程。中國網絡服務企業百度公司在美國加州圣何塞舉行的2014年熱門芯片研討會上介紹了支持性調查結果。并作出了如下的結論：
• 中端FPGA能夠實現375 GFLOPS的性能，功耗僅為10W~20W；
• 基于FPGA的加速器可部署在所有類型的服務器中；
• 和CPU和GPU相比，FPGA在深度神經網絡（DNN）預測系統中性能更加出色。DNN系統用于語言識別、圖像；
• 搜索、OCR、面部識別、網頁搜索以及自然語言處理等各種不同應用。
圖 SDAccel 環境包括架構優化的編譯器、庫、調試器和分析器，并提供類似于CPU/GPU的編程體驗
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