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目前，數據中心在異構計算和算法標準上不斷變化，越來越多的應用領域需要專用的架構，使得硬件能夠和算法去進行匹配以達到最佳運行效果或者是提高它的運行速度。網絡上有很多不同的數據，這些數據在運行過程當中有不同的要求，而且網絡自身也在不斷迭代，計算、網絡和存儲對加速的要求都在水漲船高。對于硬件而言，理想的方式是能在不改變硬件的情況下，加速任何工作負載，并能降低總體擁有成本。

針對這一需求趨勢，去年10月份的時候，賽靈思推出了Alveo系列加速卡。賽靈思數據中心業務部產品規劃和市場營銷總監Jamon Bowen將這一系列產品的規劃目的總結為三個：快速、靈活應變和方便易用。即高吞吐量同時具有超低時延，能夠為多種工作負載進行加速，并且可以運用于云和本地各種場景。Alveo系列包括U200、U250和U280,區別主要是FPGA中的LUT規模和總線資源。今天，該公司宣布推出了Alveo系列最新的一款加速卡Alveo U50。

輕——輕量級加速

和該系列之前的產品不同，Alveo U50是業界首款輕量級PCIe Gen4自適應計算加速卡，并且面向所有服務器、各種云和邊緣的數據中心應用，包括網絡和存儲加速。“這是之前的產品做不到的。”Bowen說。

圖：從賽靈思提供的資料看，U50似乎是U280的迷你版。

Alveo U50支持PCIe Gen4這一最新的服務器總線和CCIX互聯標準，不同于GPU加速器的尺寸，U50要小的多，“GPU加速器的尺寸適合電腦，但不適用于網絡和存儲，”Bowen說，“采用賽靈思UltraScale+架構以及集成超高帶寬的HBM2存儲器技術大大減少了U50的尺寸。”

采用HBM2這種片上存儲不僅僅是出于體積的考慮，還在于這能提升性能——HBM性能是DDR的10倍。U50內置8GB HBM2,可實現超過400Gbps的數據傳輸速度。PCIe Gen4也是目前最快的總線技術，這些都是存儲加速的要素。在網絡端口方面，U50的QSFP28端口可以實現100Gbps的網絡連接，并支持多種前沿應用，如VMe-oF（NVM Express over Fabrics）、解耦計算存儲和專業金融服務應用。滿足所有這些性能只需要不到75W的功耗，這可以讓很多應用不再為功耗預算而擔心。

在一組針對語音翻譯（深度學習推斷加速）、數據庫分析（數據分析加速）、數據壓縮（計算存儲加速）、電子交易（網絡加速）和金融建模（網格計算）的加速測試中，與GPU和CPU加速相比，U50的表現優異。其中，語音翻譯的時延降低25倍，吞吐量擴大10倍，在翻譯性能方面，和英偉達T4 相比，U50 性能提升高達10倍；在運行TPC-H Query基準測試（數據庫分析）時，相比CPU，U50每小時吞吐量提升4倍，運營成本降低3倍；在數據壓縮上，U50將壓縮/解壓縮吞吐量提高了20倍，實現了更快的Hadoop和大數據分析，同時相比僅CPU節點將每節點成本降低了40%；在電子交易中，U50相比僅CPU的10us延時，能將時延降低20%，交易時間不到500ns；在金融建模時，運行蒙特卡洛模擬，U50的功效相比GPU提升了7倍。

圖：U50在吞吐量，延遲和功效方面實現了10-20倍的改善

總的來說，U50在吞吐量，延遲和功效方面實現了10-20倍的改善。“我們的戰略是致力于讓賽靈思靈活應變的加速技術應用于數據中心的所有領域，具體來說就是計算、網絡和存儲，”Bowen說，“所有的計算工作負載都是這三個領域的一部分，這也是我們看到Alveo可以大展宏圖的地方。”

重——兩個重要堆棧

計算、網絡和存儲為什么需要加速？因為諸如AlexNet、GoogleNet、DenseNet這些網絡結構都需要不同的硬件架構來實現高吞吐量、低時延和高效率。對于應用而言，加速可以靈活適應不同的需求。而數據中心要優化性能，需要定制數據路徑、定制精度和定制存儲器層級，沒有比可編程的硬件更適合來進行定制化的加速了。不過，對于數據中心開發者而言，FPGA編程是個令人頭痛的事情。

“我們從數據中心的客戶那里聽到的一個最大的抱怨就是FPGA的編程非常困難，”Bowen說，“Alveo提供開放的平臺和開發環境，讓開發者能夠更加便捷地使用，隨著越來越多的開發者到這個平臺上來開發，會有更多的云和相關產品加入，并且能夠實現原來只有在軟件部分才有可能實現的硬件IP的靈活應變能力。”

對于賽靈思而言，這個開放平臺正在形成一個解決方案的堆棧，好消息是，自去年10月份推出Alveo以來，目前已發布的應用已經是當初的2倍，而其培訓的開發者已經是當初的4倍。

圖：解決方案堆棧

開發堆棧解決了FPGA加速卡的開發難題，接下來就是大規模部署落地的難題。Alveo系列的應用領域包括數據分析、視頻與圖象處理、機器學習、生命科學和金融計算——不僅是云的覆蓋，還要部署落地。在諸多調動IT業者積極性的因素中，“充分商業化的標準化產品”是重要的一個，這使得賽靈思的標準產品的開源框架很容易被Kubernetes和docker這類免費的微服務內容平臺連接。

“因為我們是一個非常標準化的產品，所以Kubernetes可以在系統內反映出Alveo插件，開發者也可以把它和docker配合起來，通過對Alveo進行編程而在系統中體現出加速應用。”Bowen解釋道，“所有編排、云管理和應用都和這些免費的生態系統結合，如果沒有這樣一個標準化的產品配置，客戶可能需要花費大量的投資才能夠實現這樣一個功能，這對于一些超大規模數據中心的應用來說是非常有必要的，既可以在云端，也可以用Alveo在本地進行加速，而且是一個非常開放式的框架，可以進行全面的加速。”

這個生態就是一個大規模部署堆棧，賽靈思在其中開發了一個標準框架，然后提供Alveo產品，讓開發者像加速軟件那樣給服務器加速——重要的是，通過開發這個標準框架，賽靈思決定了應用場景的加速方式。

圖：大規模部署堆棧

據悉，賽靈思選擇在今天（8月7日）發布Alveo U50，是因為這兩天（8月6-8日），閃存峰會（Flash Memory Summit (FMS) 2019）正在美國加州圣克拉拉會議中心舉辦，賽靈思執行副總裁兼數據中心部總經理Salil Raje將發表有關高速存儲系統加速的的主題演講，該公司同時也會在現場演示這款最新的產品。

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