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FPGA:大数据与物联网时代的宠儿

导读: 如今全球正经历一场数字化的转型,不断打破“数字世界与真实世界之间的藩篱”,迈向万物智能互联的世界,不仅仅是云计算、大数据的蔚然成风,亦催生虚拟现实、人工智能等技术的兴起,大量的数据和计算能力需求也引发基础架构的变革。

如今全球正经历一场数字化的转型,不断打破“数字世界与真实世界之间的藩篱”,迈向万物智能互联的世界,不仅仅是云计算、大数据的蔚然成风,亦催生虚拟现实、人工智能等技术的兴起,大量的数据和计算能力需求也引发基础架构的变革。

一、FPGA是大数据和物联网的趋势

1.1、Intel167亿美元、35倍倍PE押注FPGA

2015年6月1日,Intel宣布斥资167亿美元,以每股约54美元的价格收购全球第二大FPGA厂商Altera(阿尔特拉),这是Intel成立47年以来历史上规模最大的收购。本次Intel的收购对应的估值高达35倍,这在半导体领域已经非常罕见。

Intel收购Altera,主要基于三方面考虑:

第一、IBM与全球第一大FPGA厂商Xilinx合作,主攻大数据和云计算方向,这引起Intel的巨大担忧。Intel已经在移动处理器落后,大数据和云计算领域不能再落后。

第二、FPGA在云计算、大数据领域将深入应用。Intel此次与Altera合作,将开放Intel处理器的内部接口,形成CPU+FPGA的组合模式。其中FPGA用于整形计算,cpu进行浮点计算和调度,此组合的拥有更高的单位功耗性能和更低的时延。

第三、IC设计和流片成本。随着半导体制程指数增长,FPGA在物联网领域将替代高价值、批量相对较小(5万片以下)、多通道计算的专用设备替代ASIC。同时,FPGA开发周期比ASIC短50%,可以用来快速抢占市场。

FPGA:大数据与物联网时代的宠儿

1.2、FPGA+CPU,大数据时代的趋势之一

在去年杭州的云栖大会,Intel已经展示了其Xeon+FPGA的创新模式,计划17年将投放市场。Altera的FPGA产品可以让英特尔Xeon至强处理器技术形成高度定制化、整合产品,单位功耗性能比CPU+GPU模式更高。CPU+FPGA用于数据中心,这将是未来数据中心的标配。

FPGA:大数据与物联网时代的宠儿

目前在海量数据处理,主流方法是通过易编程多核CPU+GPU来实现,而从事海量数据处理应用开发(如密钥加速、图像识别、语音转录、加密和文本搜索等)。设计开发人员既希望GPU易于编程,同时也希望硬件具有低功耗、高吞吐量和最低时延功能。但是依靠半导体制程升级带来的单位功耗性能在边际递减,CPU+GPU架构设计遇到了瓶颈而,而CPU+FPGA可以提供更好的单位功耗性能,同时易于修改和编程。

数据显示,瑞士苏黎世联邦理工学院(ETHZurich)研究发现,基于FPGA的应用加速比CPU/GPU方案,单位功耗性能可提升25倍,而时延则缩短了50到75倍,与此同时还能实现出色的I/O集成(PCIe、DDR4、SDRAM接口、高速以太网等)。换言之,FPGA能在单芯片上提供高能效硬件应用加速所需的核心功能,并同时提供每个开发板低功耗的解决方案。

FPGA:大数据与物联网时代的宠儿

FPGA:大数据与物联网时代的宠儿

另外,微软的研究表明,FPGA的单位功耗性能是GPU的10倍以上,由多个FPGA组成的集群能达到GPU的图像处理能力并保持低功耗的特点。FPGA在云数据中心的应用,将从CPU与FPGA离散使用、向CPU与FPGA打包使用、再向CPU与FPGA整合使用发展。根据英特尔预计,到到2020年,将有1/3的云数据中心节点采用FPGA技术。

FPGA:大数据与物联网时代的宠儿

另外,与CPU和GPU相比,FPGA的运算类似于ASIC“电路直给”,执行效率比CPU和GPU大幅提高。同时,FPGA在整数运算领域效率大大超过CPU,所以FPGA在整数运算领域的加速优势非常明显,而整数运算正是当前主流企业级应用的主要运算方式。目前。FPGA在卷积神经网络算法进行图像识别、加密算法进行安全控制、压缩算法等整数运算领域的加速运算更加出色。

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