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。

1. 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）。

審核編輯 黃昊宇