隨著大數(shù)據(jù)和云計(jì)算的發(fā)展，傳統(tǒng)的計(jì)算模式并不能很好地處理由此帶來的應(yīng)用負(fù)載，服務(wù)器的性能、功耗和空間等受到了很大的挑戰(zhàn)。CPU+FPGA等異構(gòu)計(jì)算正成為行業(yè)重要的發(fā)展趨勢(shì)。我們也看到，近來各芯片巨頭在服務(wù)器市場(chǎng)的合縱連橫，動(dòng)作頻頻，對(duì)中國市場(chǎng)更是視若珍寶。未來在服務(wù)器市場(chǎng)各廠商的較量將不可避免，但大家的方向又是如此一致，高性能、低功耗、省空間的服務(wù)器才能滿足日益增長的大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等新應(yīng)用領(lǐng)域的需求。
三大陣營在服務(wù)器領(lǐng)域的動(dòng)向 電子制作模塊
英特爾方面：
2014年6月，英特爾宣布將業(yè)界領(lǐng)先的Xeon處理器和FPGA封裝到一個(gè)單一結(jié)構(gòu)中，其插槽和標(biāo)準(zhǔn)的Xeon E5處理器兼容。FPGA將能為英特爾的客戶提供一個(gè)更強(qiáng)大的算法執(zhí)行能力和更高的性能，能給基于服務(wù)器的應(yīng)用帶來20倍以上的加速。
2015年11月，英特爾表示首款同時(shí)采用Intel Xeon處理器和Altera FPGA的芯片將于2016年第一季度發(fā)布。之前FPGA沒有被廣泛應(yīng)用于海量級(jí)數(shù)據(jù)中心的服務(wù)器。英特爾預(yù)計(jì)，截止2020年FPGA將會(huì)在30%的數(shù)據(jù)中心服務(wù)器中得以應(yīng)用。
2016年1月21日，清華大學(xué)、英特爾公司和瀾起科技(上海)有限公司在北京正式簽署協(xié)議，宣布聯(lián)手研發(fā)融合可重構(gòu)計(jì)算和英特爾x86架構(gòu)技術(shù)的新型通用CPU，以滿足市場(chǎng)和用戶需求。
IBM方面：
2013年10月宣布成立全球OpenPOWER基金會(huì)，致力于企業(yè)服務(wù)器生態(tài)系統(tǒng)的開放式創(chuàng)新。基金會(huì)發(fā)起成員僅有5家公司，包括IBM、谷歌等，而到現(xiàn)在為止已經(jīng)有超過150個(gè)成員，其中20個(gè)成員在中國。基于Power處理器的強(qiáng)大性能，谷歌在2016年將會(huì)采用Power處理器進(jìn)行其主板的規(guī)格定義，運(yùn)行Linux所有的應(yīng)用程序。
2015年7月，OpenPOWER基金會(huì)宣布正式推出全新硬件加速ISV支持計(jì)劃，為本地ISV（獨(dú)立軟件開發(fā)商）免費(fèi)提供基于RedPOWER服務(wù)器以及賽靈思FPGA的云端開發(fā)及測(cè)試環(huán)境，幫助ISV提升大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等新興技術(shù)研發(fā)能力。
9月16日成立第二代分布式計(jì)算聯(lián)盟，構(gòu)建了由處理器技術(shù)廠商、服務(wù)器廠商、應(yīng)用加速器廠商、ISV和行業(yè)用戶等組成的生態(tài)鏈，以推動(dòng)以應(yīng)用加速器技術(shù)為重要特征的新一代計(jì)算模式的技術(shù)和應(yīng)用的發(fā)展。2015年底，IBM與OpenHW開源硬件社區(qū)、Xilinx公司聯(lián)合啟動(dòng)了首屆IBM-Xilinx異構(gòu)計(jì)算大賽，共同推動(dòng)第二代分布式計(jì)算的落地應(yīng)用。
ARM陣營及高通：
ARM作為服務(wù)器領(lǐng)域的后來者，一直很努力地證明自己。例如巴塞羅那超級(jí)計(jì)算中心采用ARM架構(gòu)服務(wù)器，就是ARM在服務(wù)器方面很好的例證。ARM還與美國的一些機(jī)構(gòu)做有關(guān)超級(jí)計(jì)算的事情。全球知名的提供云服務(wù)的廠商和服務(wù)供應(yīng)商都在使用ARM技術(shù)相關(guān)的一些服務(wù)器技術(shù)。ARM的眾多芯片合作伙伴包括海思、博通、Cavium、AppliedMicro以及系統(tǒng)商GIGABYTE、HP等。
2015年10月，最近高通宣布正將一個(gè)基于新的系統(tǒng)芯片開發(fā)平臺(tái)送交頂級(jí)服務(wù)器制造商試用，從此正式進(jìn)入服務(wù)器市場(chǎng)。這是高通與賽靈思、Mellanox公司合作做出了一款24核心的ARM服務(wù)器芯片。
2016年1月，AMD正式推出首款基于ARM架構(gòu)的處理器Opteron A1100。
應(yīng)對(duì)服務(wù)器的挑戰(zhàn)，不能沒有FPGA
“云計(jì)算和大數(shù)據(jù)帶來了很多新型負(fù)載，如分布式數(shù)據(jù)庫、鍵值存儲(chǔ)、視頻圖像處理、認(rèn)知計(jì)算、機(jī)器學(xué)習(xí)、基因計(jì)算等應(yīng)用。傳統(tǒng)的計(jì)算模式無法以較低功耗滿足這些應(yīng)用對(duì)于服務(wù)器吞吐量和時(shí)延的要求。” IBM大中華區(qū)科技戰(zhàn)略合作總經(jīng)理姜錫岫表示。
IBM大中華區(qū)科技戰(zhàn)略合作總經(jīng)理姜錫岫
Intel可編程解決方案事業(yè)部數(shù)據(jù)中心架構(gòu)師Mike Strickland 認(rèn)為計(jì)算和存儲(chǔ)領(lǐng)域出現(xiàn)了新的發(fā)展趨勢(shì)，需要一個(gè)全新模型來優(yōu)化效率、成本以及功耗。CPU無法獨(dú)自處理所有工作負(fù)載，而GPGPU功耗太大。FPGA可以應(yīng)對(duì)的趨勢(shì)包括：在業(yè)務(wù)中經(jīng)濟(jì)地支持云計(jì)算和虛擬化(同時(shí)包括服務(wù)器和存儲(chǔ))。
另外一個(gè)動(dòng)向則是，在云計(jì)算中采用分布式存儲(chǔ)和高速緩存，并通過融合降低功耗和提高密度。我們的客戶極為關(guān)心閃存技術(shù)在隨機(jī)訪問條件下提供的引人注目的單位成本每秒I/O操作次數(shù) (IOPS/$)，以及它的低功耗特性。而且在存儲(chǔ)市場(chǎng)上也可以提供采用閃存技術(shù)的高速緩存和DIMM。 借助FPGA，您還可以提供中間存儲(chǔ)技術(shù)，也能夠推動(dòng)新的云架構(gòu)。這方面的一個(gè)例子是，Intel為Grantley提供了35個(gè)定制Xeons。
我們還非常看好軟件定義數(shù)據(jù)中心(SDDC)，可以將資源(計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ))池化，并自動(dòng)進(jìn)行配置和監(jiān)控。Intel Xeon + FPGA多芯片封裝(MCP) & 微軟必應(yīng)支持FPGA等公開發(fā)布都是這方面的實(shí)例。
芯片廠商力推CPU+FPGA異構(gòu)計(jì)算
的確，服務(wù)器芯片廠商都在采用CPU+FPGA的模式提升性能，這將是一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)。
針對(duì)這種CPU+FPGA體系結(jié)構(gòu)，Mike Strickland對(duì)國際電子商情記者表示，當(dāng)前我們還無法對(duì)芯片做過多的評(píng)論，但是總體上看優(yōu)點(diǎn)包括：同時(shí)擁有PCIe和QPI接口使得帶寬更大，延時(shí)更低；QPI更容易實(shí)現(xiàn)OpenCL編程模型；而其封裝與普通的Xeon CPU插槽兼容因此易于部署實(shí)現(xiàn)。FPGA加速對(duì)數(shù)據(jù)中心的貢獻(xiàn)主要集中在三個(gè)方面：
算法加速：仿真、CNN、識(shí)別、圖像處理、重建包括：并行/流水線處理、位操作、匹配；靈活的數(shù)據(jù)通路和存儲(chǔ)器訪問，邏輯恰好滿足需求，硬核浮點(diǎn)；我們以最低功耗實(shí)現(xiàn)了最佳性能。
網(wǎng)絡(luò)加速：虛擬化、過濾/分析、壓縮、兼容、DPI
數(shù)據(jù)訪問加速：過濾/分析、壓縮、加密、閃存高速緩存管理；O/S旁路
人們會(huì)非常關(guān)注業(yè)界領(lǐng)先的芯片制造商(Intel)采用一流的FPGA技術(shù)——我們的優(yōu)勢(shì)包括：率先進(jìn)入下一工藝尺寸節(jié)點(diǎn)，通過CPU與FPGA更緊密的集成而實(shí)現(xiàn)更好的性能和更低的功耗。基于Intel 14nm工藝的Intel FPGA也增強(qiáng)了云計(jì)算能力，比如硬核浮點(diǎn)提高云中圖像搜索等。而從FPGA創(chuàng)新的角度看，與以前的FPGA系列相比，采用Intel 14nm工藝開發(fā)的Stratix 10 FPGA的Hyperflex新體系結(jié)構(gòu)，時(shí)鐘速率提高了近2倍，而且功耗更低。
IBM也與領(lǐng)先的FPGA企業(yè)Xilinx合作，利用IBM POWER和OpenPOWER處理器優(yōu)異的性能和先進(jìn)的CAPI（Coherent Accelerator Processor Interface，一致性處理器加速器接口）技術(shù)，積極化解云計(jì)算大數(shù)據(jù)應(yīng)用給服務(wù)器帶來的挑戰(zhàn)。
姜錫岫表示，利用OpenPOWER處理器先進(jìn)的CAPI技術(shù)，F(xiàn)PGA能實(shí)現(xiàn)與處理器的高效連接，從而充分利用FPGA可編程硬件強(qiáng)大的硬件加速能力，實(shí)現(xiàn)軟硬結(jié)合的異構(gòu)計(jì)算，大幅提高對(duì)數(shù)據(jù)應(yīng)用的處理性能：根據(jù)應(yīng)用的不同可以實(shí)現(xiàn)十倍甚至百倍的性能增速。
由于FPGA的低功耗特性（與CPU相比），這種解決方案能夠大幅降低整體系統(tǒng)的功耗，減少服務(wù)器數(shù)量及其占用的數(shù)據(jù)中心寶貴空間。
CPU+FPGA方案降低了系統(tǒng)功耗，大幅提升了應(yīng)用性能，使得云計(jì)算和大數(shù)據(jù)等新型應(yīng)用負(fù)載的高吞吐量和低延時(shí)需求得到了滿足，從而極大促進(jìn)了相關(guān)應(yīng)用的發(fā)展。
IBM的POWER處理器和OpenPOWER處理器通過高效的CAPI接口將FPGA與CPU連接起來。這種解決方案有幾個(gè)明顯的好處：
首先是這個(gè)方案目前就可以用。CAPI+FPGA的方案現(xiàn)在就是Ready的，也不需要用戶對(duì)現(xiàn)有的服務(wù)器、處理器做任何調(diào)整，將FPGA板卡插到通用的PCIe插槽上即可使用。降低了用戶部署的成本和時(shí)間。
由于CAPI先進(jìn)的技術(shù)特性，CAPI+FPGA方案很好地解決了對(duì)處理器內(nèi)編程地址空間尋址的問題，降低了編程難度。
通過POWER和OpenPOWER處理器的CAPI接口與FPGA連接，擴(kuò)展FPGA卡的數(shù)量（PCIe）取決于用戶的需求，這樣比較靈活，比將接口嵌入進(jìn)CPU的方案具有更大的靈活性。
云計(jì)算等新應(yīng)用正改變服務(wù)器市場(chǎng)
數(shù)據(jù)顯示，到2018年時(shí)，云計(jì)算將占服務(wù)器市場(chǎng)的40％，與2013年比增長110％；到2020年時(shí)，云計(jì)算有機(jī)會(huì)達(dá)到150億美元的規(guī)模。
高通的數(shù)據(jù)中心事業(yè)部高級(jí)副總裁Anand Chandrasekher表示，“服務(wù)器行業(yè)正在發(fā)生各種我從未見過的變化，其根本原因是云計(jì)算。云計(jì)算在不斷增長，是一個(gè)全球性的現(xiàn)象，在所有的工作負(fù)載領(lǐng)域都是這樣。服務(wù)器市場(chǎng)業(yè)務(wù)正在經(jīng)歷一次海嘯，是新玩家進(jìn)入該市場(chǎng)的好時(shí)機(jī)。如果能拿出一個(gè)低功耗解決方案，會(huì)非常有吸引力。”
姜錫岫認(rèn)為服務(wù)器市場(chǎng)正經(jīng)歷著巨大的變革，未來服務(wù)器市場(chǎng)的增長需求很大一部分來自云計(jì)算、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等新型應(yīng)用，這些應(yīng)用的爆發(fā)式增長不但給服務(wù)器和數(shù)據(jù)中心技術(shù)帶來了新的挑戰(zhàn)，也給相關(guān)企業(yè)抓住歷史機(jī)遇彎道超車提供了舞臺(tái)。以CPU+FPGA等異構(gòu)計(jì)算為主要特征的第二代分布式計(jì)算正在成為行業(yè)的重要發(fā)展趨勢(shì)，能夠抓住計(jì)算技術(shù)變革的歷史機(jī)遇將有機(jī)會(huì)在新一輪的信息革命大潮中爭(zhēng)得先機(jī)。
我們知道2015底英特爾完成167億美元收購Altera，Altera將作為英特爾的新業(yè)務(wù)部門即可編程解決方案事業(yè)部進(jìn)行運(yùn)營。開發(fā)規(guī)劃包括集成解決方案和分立FPGA等。被Intel收購后，Altera不會(huì)再與ARM在服務(wù)器市場(chǎng)上展開合作，是這樣嗎？Mike Strickland 表示，Intel計(jì)劃支持和開發(fā)Altera基于ARM的產(chǎn)品線，目標(biāo)是提供更優(yōu)的體系結(jié)構(gòu)解決方案，以更好的滿足客戶的需求。
Mike Strickland還表示，我們的策略是繼續(xù)與微軟的必應(yīng)和Azure團(tuán)隊(duì)以及其他的全球搜索和網(wǎng)絡(luò)提供商合作，他們需要大規(guī)模數(shù)據(jù)中心，通過基于FPGA的服務(wù)器降低成本，卸載CPU，充分發(fā)揮虛擬化以及轉(zhuǎn)向SDDC方法的優(yōu)勢(shì)。
服務(wù)器芯片巨頭一致看好中國市場(chǎng)。預(yù)計(jì)到2020年服務(wù)器芯片市場(chǎng)的規(guī)模將達(dá)到150億美元，其中有60億美元來自中國市場(chǎng)，中國也成為全世界數(shù)據(jù)中心技術(shù)的第二大市場(chǎng)，同時(shí)也是這個(gè)領(lǐng)域增長最快的一個(gè)市場(chǎng)。
由云計(jì)算和大數(shù)據(jù)帶來的市場(chǎng)機(jī)會(huì)使得服務(wù)器市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)格局發(fā)生著微妙變化。無論是X86架構(gòu)，還是POWER架構(gòu)以及ARM架構(gòu)，都在各自的生態(tài)圈中力拓服務(wù)器市場(chǎng)。IBM憑借高性能的POWER以開放的心態(tài)集結(jié)更多的合作伙伴，以低功耗占優(yōu)的ARM架構(gòu)以及生態(tài)圈伙伴也奮起直追。他們無不挑戰(zhàn)該市場(chǎng)的絕對(duì)霸主英特爾的地位，盡管影響力還不足夠，但大家都看準(zhǔn)了移動(dòng)互聯(lián)、云計(jì)算等帶來的有可能改寫服務(wù)器格局的契機(jī)。而英特爾近來的收購或者合作之舉也無疑在鞏固其優(yōu)勢(shì)地位。隨著三大陣營以CPU+FPGA等異構(gòu)計(jì)算為主，更緊密地與業(yè)界合作，未來服務(wù)器領(lǐng)域尤其是中國市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)將更趨激烈
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移動(dòng)設(shè)備訪問
