各科技大廠莫不希望能以更少的成本、在更小的空間里嵌入更多運算電晶體，有廠商開始轉向開發現場
可編程閘陣列(Field Programmable Gate
Array；
FPGA)平行架構，整合
FPGA與
處理器優勢打造低功耗、高效能的Saturn
1伺服器，也打造出更易于作業的Carte開發環境，可望推動未來市場主流應用。
根據The
Platform報導分析，近年
處理器研發遇上摩爾定律(Moore's
Law)瓶頸，廠商們想破頭提升產品應用效能，業界與高效能運算市場也開始熱烈討論
FPGA架構應用。業界與學界已有多年運用
FPGA元件的經驗，譬如超
級電腦大廠Cray在2004年以1.15億美元買下OctigaBay，利用其超微Opteron
處理器與
FPGA元件打造出Cray
XD1超級電腦。
總部設在美國科羅拉多州的SRC Computers，根據商用
CPU芯片設計高效能叢集(high performance cluster)時，發現以
FPGA取代傳統特殊應用積體電路(ASIC)效能尤佳。
SRC
總裁Jon
Huppenthal表示，可重組態(reconfigurable)的
處理器系統有兩大特點，一是優點多，二是如果沒有人懂得設計，就沒有人愿意使用。
因此，欲研發整合
CPU與
FPGA的系統最耗時之處，在于打造易于使用的開發環境，而SRC已成功將C語言這樣的順序語言(sequential
language)套入一個本質上是平行的執行環境。
Huppenthal近一步比較SRC的作法以及將
OpenCL當作平臺，從
CPU傳送程式碼至
GPU及
FPGA加速器的方式。他指出，后者的問題在于，加速器掛在PCI-Express匯流排不僅速度過
慢，也無法與混合式系統中的
CPU共享主存儲器，導致資料必須在
處理器與加速器之間不斷來回，且必須由
CPU處理一切應用與執移動作。
而
SRC推出的MAP混合
處理器與Carte開發環境，不論是使用C語言還是Fortran語言的程式設計師，甚至不會感覺到正處于采用
FPGA的環境中。
Carte在用戶端機器上運行編碼與除錯環境，程式碼執行后，會借由負責存儲器共享互連的SNAP技術，自動整合分配資料給
CPU處理器與
FPGA的硬體
描述語言(Hardware Description Language；HDL)。
NVIDIA的
Tesla
GPU也采用類似的高速共享存儲器互連技術NVLink，IBM也透過其協同加速
處理器介面(Coherent Accelerator
Processor Interface；CAPI)將這類技術應用到Power-Tesla混合
處理器上。
有了核心互連技術，客戶就能根據需求調整硬體設計。譬如，若需要50個浮點單元(FPU)，便可以自行加入系統。此外，由于應用與其資料流皆以HDL方式運用，且基本上是以硬體方式運行，因此表現更佳。
此
外，
FPGA可以很快地改變應用屬性(application
personality)，使混合式系統能在短時間內處理多重工作。
FPGA實現平行處理應用，具備高處理效能、低功耗特性，適合用于資料中心中的伺服器
整合，也可作為無人機上面的訊號處理、控制系統等應用。
至于已采
FPGA應用多年的金融服務機構、國防部門、情報單位等客戶，可透過Carte繼續于MAP混合
處理器上運行Verilog與HDL語言。
SRC為了進入超大規模(hyperscale)伺服器市場，決定與惠普(HP)合作，為惠普的Moonshot伺服器系統打造MAP伺服器卡匣(cartridge)。
高
運算密度的商用Moonshot伺服器系統于2013年推出，不過由于該系統采用4.3U機箱、45個運算節點，因此無法支援龐大復雜的
處理器，也降低了
資料中心采用的意愿。SRC使用1個
英特爾(Intel)Atom
處理器與2個Altera Stratix IV
FPGA，打造Saturn
1伺服器節點。
Moonshot伺服器的特別之處在于，其背板采用2D環繞網狀網路(torus)以及每秒7.2TB的總和頻寬，此互連系統能將機殼內所有的運算或儲存節點相連，無需任何交換動作。而機殼內的交換器模組，讓Moonshot能和外界互連。
Saturn
1伺服器卡匣采用
英特爾4核心Xeon Atom
處理器，
FPGA方面則是2個Altera Stratix IV
GX530，其中一個
FPGA負責執行SNAP互連技術及用于2D環繞網狀網路的多重虛擬乙太網路埠。MAP節點無需搭載作業系統，因為節點會直接處理應
用程式碼，不過用戶若需要，可在每一個Atom
處理器上啟用Linux內核(kernel)。
Saturn 1伺服器卡匣每個節點要價19,950美元，其中包括Atom與Stratix
處理器的開機管理程式(boot loader)碼，以及Carte開發環境的使用權限。
據
SRC表示，要1,276個傳統高階4核心Xeon
W3565
處理器機柜，也就是約5.1萬個伺服器節點與40.8萬個左右的
處理器核心，才能等同一個搭載378個MAP混合
處理器之Moonshot機柜
的運算能力。與X86伺服器叢集相比，導入
FPGA的應用可望達到100倍效能、1%能源消耗、1%碳足跡，并節省75%以上的成本。
最
早采用Saturn
1混合伺服器的客戶，是預計2015年底發表首個產品的美國廣告新創公司Jingit。Jingit希望能提供端點銷售系統(Point of
Sales；POS)服務，在人們購買物品的當下提供客制化折價券。為此，Jingit必須有強大的后端系統，根據用戶結帳物件與歷史消費紀錄，在等待信
用卡認證這不到1秒的時間內計算出最適合該用戶的折價券。
x86系統架構難以應付Jingit所需的龐大資料處理量，且花費時間過長。而若將Jingit應用架設于Saturn 1節點上，處理時間則可縮短至奈秒(nanosecond)級。
FPGA應用市場才正要起步，而有了像是Moonshot伺服器與Carte開發程式環境這類新技術，未來可望在市場上見到更多產品應用。
