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亚马逊首次披露启用FPGA的EC2实例

| 作者 Chris Swan 关注 491 他的粉丝 ,译者 王纯超 关注 0 他的粉丝 发布于 2016年12月29日. 估计阅读时间: 5 分钟 | 如何结合区块链技术,帮助企业降本增效?让我们深度了解几个成功的案例。

2016年的re:invent大会热火朝天地发布了一些公告,其中就包括推出了一种新的F1实例类型的开发者预览版。F1配有一到八个高端Xilinx现场可编程门阵列(FPGA),为英特尔E5 2686 v4处理器提供可编程硬件,让它可以与高达976G的RAM和4T的NVMe固态硬盘协同工作。FPGA可用于风险管理、模拟、搜索和机器学习应用,或者任何能从经过硬件优化的协同处理器中受益的场景。

FPGA自80年代中期以来一直存在,并且是制作专用集成电路(ASIC)原型和非量产专用硬件的一种流行方式。对于典型应用,专用硬件的速度比在CPU上运行的软件快约1000倍,并且随着时间的推移,FPGA的装配按照摩尔定律得到了提高,使得它在过去的几十年中保持了速度优势。遗憾的是,FPGA速度优势一直难以得以利用,因为它要求使用诸如VerilogVHDL这样的硬件描述语言(HDL)来进行硬件编程。已经有人尝试了在更高级语言和框架中对FPGA编程,比如C和OpenCL,但是通常要在简单性和速度之间折中。

F1实例类型提供了采用16nm工艺制造的Xilinx UltraScale+ VU9P器件。每个芯片提供超过250万个逻辑元件。FPGA通过PCIe x16接口连接到CPU和内存,通过共享访问同一存储空间,可提供高达12 Gbps的双向通信速度。在单个实例包含多个FPGA的情况下,它们还可以共享对400 Gbps双向环的访问,以实现低延迟通信。虽然这一切听起来令人印象深刻,但是对于那些一直使用快速通道互连(QPI)的FPGA的人而言,这仍然令人失望,因为QPI为放置在CPU插槽中的FPGA提供了更高的带宽和更低的延迟。然而,双向环将被证明是利于多个FPGA设计的。

为FPGA编程选择有效的工具通常是一件具有挑战性的事情,亚马逊通过提供包含设计和验证工具在内的亚马逊系统映像(AMI)解决了这个问题。FPGA可以使用VHDL或Verilog进行编码,并使用Xilinx Vivado设计套件(Xilinx Vivado Design Suite)进行验证。一旦设计完成,就可以打包成亚马逊FPGA映像(AFI),它扩展了通常的AMI。之后AFI会出现在AWS Marketplace中,以便可以向其他人提供基于FPGA的应用程序。

相比于通用CPU上运行的软件,如果在FPGA硬件编程上投入的时间能够换来规模的提升和延迟的降低,那么就可以使用FPGA。典型的例子有,网络中的网速深度包检查(例如,Xilinx论文[pdf])、金融服务中的低延迟交易系统(例如,海德堡大学论文[pdf])、搜索引擎优化(例如,Microsoft Project Catapult)以及机器学习(例如,Tensor处理单元[TPU]似乎是用FPGA做的原型)。其中一些用例是以网络为中心的,这意味着网络流量将需要迁移到AWS网络以便让FPGA发挥效力。例如,为了降低应用交易延迟,AWS必须取代现有的托管提供商成为交易和金融市场流动性的优选平台。在短期内,F1可能主要用于机器学习和专业数据分析应用程序。

F1让人感到惊喜的一点是,它不是基于英特尔的至强芯片。至强芯片将CPU和FPGA放置在同一个管芯上,这是由于英特尔在2015年收购了Altera。所以不久后很可能会有一个F2实例类型。FPGA服务将显著降低使用该技术的准入门槛,这将激起一股简化开发者体验的新浪潮。这个是有一些早期征兆的,比如Reconfigure.io发布了一个为FPGA加速器提供Go语言支持的平台,原先运行在软件里的串行通信Go程序就可以变成运行在硅元件里的并行通信Go程序。还值得注意的是,像MyStorm这样的开发小组正在把他们的FPGA开发向相关爱好者开放。

查看英文原文:Amazon Preview FPGA enabled EC2 Instances


感谢薛命灯对本文的审校。

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