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FPGA+CPU助力數據中心實現圖像處理應用體驗與服務成本新平衡

2020-03-09 08:47:14 快科技

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編者按：圖片逐漸成為互聯網主要的內容構成，相應的圖片處理需求也在高速成長，移動應用與用戶生產內容（UGC）正在驅動數據中心圖像處理的業務負載快速增加。本文深維科技聯合創始人兼CEO樊平詳細剖析了圖片加速的必要性、當前實際的圖片解決方案與部署方式以及如何通過FPGA+CPU異構計算的方案維護用戶體驗與服務成本新平衡。

為什么需要圖片加速？

目前，圖片處理的需求正在快速成長，即源于用戶生成內容，視頻圖片抓取等方式的圖片縮略圖生成，像素處理，圖片轉碼、智能分析處理需求不斷增加。眾多應用迫切需要高性能，高性價比的圖片處理解決方案。

在這種情況下，數據中心面臨著一個核心的考驗--即用戶體驗與服務成本之間的平衡。總地來說，目前存在的純CPU處理方案，TCO（服務器、電費、帶寬、場地人員成本）相對高昂，用戶體驗也相對較差。

2 . 解決方案

2.1. ThunderImage JPEG2JPEG縮略圖方案

鑒于此，深維科技推出了基于FPGA+CPU異構計算的解決方案-JPEG2JPEG，通過高性能FPGA分擔CPU處理任務，其所帶來的優勢是20倍吞吐性能提升，20倍延遲的降低，5倍實際成本的節省以及10倍的能效比提升。

JPEG2JPEG縮略圖方案是將用戶上傳的圖片進行高質量的縮放，即可滿足絕大多數應用場合需求，例如，微信接收的一般都是縮小后的圖片。縮略圖是一項大量的、高并發的需求，針對4K圖像輸入，輸出縮放至1024x768、640x480的場景。目前，JPEG2JPEG縮略圖方案可以實現吞吐量550張、延遲約58ms的高性能效果。

2.2 . ThunderImage JPEG2WebP轉碼方案

WebP的需求主要來自于對帶寬成本的節省。WebP相較于JPEG，在同等圖像質量情況下，壓縮率可以提升25%~34%，相應的對帶寬成本的節省更加明顯，并且因為傳輸數據量的減少，延遲也會隨之降低，進而帶來用戶體驗的提升。但與此同時，WebP也存在一項問題，其計算復雜度是JPEG的10倍，對服務器的性能要求也更高，進而造成部署成本的提升。

深維科技的ThunderImage JPEG2WebP轉碼方案，通過FPGA加速帶來10倍左右的性能提升，進而降低WebP的復雜度及服務器成本。ThunderImage JPEG2WebP轉碼方案支持Baseline、Main、Ultra幾種類型，實現了對WebP M4以及M6模式的支持，并且支持了M4的比特級一致（與CPU參考軟件輸出結果每比特一致）。

關于深維科技：

北京深維科技有限公司（簡稱深維科技）成立于2016年，由中國頂級FPGA軟件和硬件開發人員組成。公司團隊在多媒體處理，HPC應用和異構系統架構設計方面擁有豐富的經驗。致力于成長為領先的異構加速應用領域FPGA計算平臺供應商，為更多行業和應用提供支持。

深維科技基于FPGA + CPU的異構計算技術，為數據中心應用提供超高性能的圖像和視頻處理解決方案和產品。除此之外，深維科技還為高性能計算和大數據應用，如存儲壓縮加速和地震勘探等應用提供解決方案和設計服務。

關鍵詞： FPGA CPU