三大戰(zhàn)略下Xilinx描繪了數(shù)據(jù)的三位一體：全面加速與自適應(yīng)譜一曲絕唱

上一篇，21ic中國電子網(wǎng)在《擁抱開源的Xilinx描繪了AI之下的剛?cè)岵?jì)： Vitis AI平臺正式開放下載》中說到，在摩爾定律放緩，登納德縮放比例定律和阿姆達(dá)爾定律接近瓶頸，現(xiàn)在是異構(gòu)CPU與加速器的“黃金時代”。此前主要講解Xilinx在自適應(yīng)異構(gòu)平臺方面的戰(zhàn)略，本篇將重點講解在數(shù)據(jù)方面，Xilinx所描繪的智能世界。

根據(jù)Xilinx總裁兼CEO Victor Peng在2019賽靈思開發(fā)者大會（XDF）亞洲站上的介紹，Xilinx的三大戰(zhàn)略在于“數(shù)據(jù)中心優(yōu)先”、“加速核心市場發(fā)展”、“驅(qū)動自適應(yīng)計算”，在數(shù)據(jù)中心生態(tài)系統(tǒng)方面。據(jù)Victor Peng公開的數(shù)據(jù)顯示，目前Xilinx擁有7517個企業(yè)與學(xué)術(shù)單位，834個加速器項目，95已發(fā)布的應(yīng)用。那么在在戰(zhàn)略部署上具體如何？

圖1：Xilinx總裁兼CEO Victor Peng

數(shù)據(jù)中心優(yōu)先

在數(shù)據(jù)中心方面，Victor Peng強(qiáng)調(diào)Xilinx追求的是“計算+存儲+網(wǎng)絡(luò)”的三位一體的數(shù)據(jù)中心加速。據(jù)統(tǒng)計，2018年，全球生產(chǎn)的全部閃存容量為 0.25 ZB。而2019年全球預(yù)計數(shù)據(jù)總量 40 ZB。據(jù)IDC預(yù)測，2025年全球數(shù)據(jù)將有 175 ZB 的總量。而中國將于 2025 年以 48.6ZB 的數(shù)據(jù)量及 27.8% 的占比，成為全球最大的數(shù)據(jù)匯集地。

而其中的計算則將會是一個70-80億美元規(guī)模的市場。當(dāng)然，如此驚人而又龐大的數(shù)據(jù)量，對于存儲和網(wǎng)絡(luò)來說都是巨大的考驗。

在XDF2019數(shù)據(jù)中心小組采訪中，Xilinx執(zhí)行副總裁兼數(shù)據(jù)中心事業(yè)部總經(jīng)理Salil Raje對記者解釋表示，在計算方面，一直以來都是FPGA的強(qiáng)項，CPU+Xilinx FPGA以及未來即將推出的Versal ACAP（自適應(yīng)計算加速平臺）的加速（部分產(chǎn)品已實現(xiàn)Versal），將實現(xiàn)巨大的速度提升。通過實例具體來講，生命科學(xué)公司lllumina在基因組分析應(yīng)用上提速了90倍，而Aupera公司則在每瓦性能成本上提升了33倍。

在存儲方面，實際上很多客戶并不想在SSD和CPU之間來回轉(zhuǎn)移，利用賽靈思解決方案可使其在很好的計算存儲能力中聚集，通過加速壓縮、解壓縮、解密，而無需在SSD與CPU間來回轉(zhuǎn)移。目前來說，已與IBM、美光、三星等開展了合作，部署加速存儲和計算存儲，從而可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)在最近的地方處理。

在網(wǎng)絡(luò)方面，Xilinx提供相關(guān)智能網(wǎng)卡，即SmartNIC，該產(chǎn)品會根據(jù)網(wǎng)絡(luò)直接數(shù)據(jù)流入過程中進(jìn)行處理，連接入FPGA網(wǎng)絡(luò)之中，SmartNIC可通過移除惡意數(shù)據(jù)包提供更好的安全性，并通過將網(wǎng)絡(luò)堆棧CPU卸載到SmartNIC來加速數(shù)據(jù)包處理。SmartNIC則是融合領(lǐng)先的 FPGA、MPSoC 和 ACAP 解決方案與 Solarflare 的超低時延網(wǎng)絡(luò)接口卡（ NIC ）技術(shù)以及 Onload 應(yīng)用加速軟件的一個解決方案。

圖2：三位一體的賽靈思加速

不僅如此，除了三位一體的全面加速以外，自適應(yīng)仍然是關(guān)鍵詞，Victor Peng表示，數(shù)據(jù)中心未來發(fā)展的趨勢是可分解和組合的分布式自適應(yīng)計算。他對此解釋表示，數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)分為公有云、私有云、混合云、企業(yè)云等，而分布式自適應(yīng)最核心的價值在于“更低的總擁有成本（TCO）”、“高性能與低延時”、“無需更新芯片即可定制化和快速創(chuàng)新”。

圖3：分布式自適應(yīng)計算核心價值

而Versal ACAP就是實現(xiàn)分布式自適應(yīng)的關(guān)鍵點，據(jù)Salil Raje介紹，ACAP是專門針對軟件開發(fā)人員架構(gòu)使用的，當(dāng)然其中也包含許多硬件元素，可接入到CPU服務(wù)器上進(jìn)行編程，另外，在片上網(wǎng)絡(luò)上也擁有一些高數(shù)據(jù)處理率的AI引擎和無線進(jìn)行自適配。當(dāng)然，這個自適應(yīng)平臺支持也非常廣泛，包括X86或Arm架構(gòu)。

圖4：Xilinx執(zhí)行副總裁兼數(shù)據(jù)中心事業(yè)部總經(jīng)理Salil Raje

上文所提到的Aupera公司，就是分布式計算架構(gòu)視頻處理系統(tǒng)，其去中心化，打破傳統(tǒng)x86架構(gòu)瓶頸，將顛覆現(xiàn)有數(shù)據(jù)中心的視頻處理格局。單臺設(shè)備配置高達(dá)48個Zynq® UltraScale+™ MPSoC處理引擎，可并行處理380路H.264/H.265高清視頻碼流，實現(xiàn)單位能耗相同下相比傳統(tǒng)方案33倍的性能以及1/10機(jī)架空間的壓倒性優(yōu)勢。

另外，在數(shù)據(jù)中心加速器方面，據(jù)Victor Peng介紹，Xilinx陸續(xù)推出Alveo U50、U200、U250和U280四款加速卡產(chǎn)品系列，值得一提的是，產(chǎn)品系列已在美國、歐洲、中國市場上得到廣泛應(yīng)用。

圖5：Alveo 加速器卡產(chǎn)品系列

加速核心市場發(fā)展

在加速核心市場發(fā)展方面，賽靈思長期以來不斷向工業(yè)與視覺、專業(yè)A/V與廣播、汽車、消費(fèi)領(lǐng)域、醫(yī)療與科學(xué)、測試測量與仿真、有線通信、無線通信八大領(lǐng)域的客戶輸出最新硬件加速技術(shù)。

尤其是汽車領(lǐng)域，Victor表示，2018年Xilinx的自適應(yīng)器件已覆蓋29個汽車品牌和111款車型中，具體則坐擁百度Apollo、BYD、DAIMILER、MAGNA、小馬智行等合作。從ZU2到ZU11，Xilinx目前出貨量超過了1.7億片，特別是最近發(fā)布的ZU7和ZU11 Zynq UtraScale+產(chǎn)品符合汽車安全、質(zhì)量和可靠性要求。

圖6：實現(xiàn)自動駕駛

驅(qū)動自適應(yīng)計算

重頭戲來了，之前在數(shù)據(jù)中心和AI自適應(yīng)平臺Vitis的關(guān)鍵詞便是自適應(yīng)，據(jù)Victor Peng介紹，Xilinx的平臺轉(zhuǎn)型之路分為硬件和軟件兩方面。

在硬件方面，此前非常“硬核”的FPGA逐漸變軟，自7nm架構(gòu)及全新Versal自適應(yīng)計算架構(gòu)（ACAP）產(chǎn)品宣布研發(fā)后，2019年產(chǎn)品多數(shù)已實現(xiàn)自適應(yīng)。另外，自適應(yīng)加速卡也是“自適應(yīng)”硬件陣容的重頭戲。

圖7：平臺轉(zhuǎn)型之路—硬件

在軟件方面，在上篇文章中也進(jìn)行了詳細(xì)介紹，便是Vitis平臺，而這款平臺的重頭戲則也瞄準(zhǔn)自適應(yīng)這一關(guān)鍵詞之內(nèi)，這一平臺相當(dāng)于將Xilinx的全套產(chǎn)品進(jìn)行了一次大集合，并加入了異構(gòu)和自適應(yīng)的概念。不僅支持此前推出的硬件設(shè)計套件Vivado和為數(shù)據(jù)中心開發(fā)的SDAccel，當(dāng)然也支持異構(gòu)架構(gòu)的Zynq SoC和Versal ACAP，再加上全新推出的開源的Vitis AI套件，硬件、軟件人員可一站式完成開發(fā)。

圖8：平臺轉(zhuǎn)型之路—軟件

總結(jié)

近幾年，F(xiàn)PGA的發(fā)展緣起5G、AI與大數(shù)據(jù)，實際AI方面目前仍然還是處于早期階段，還會持續(xù)快速增長。Salil Raje告訴記者，過去一兩年當(dāng)中，多數(shù)FPGA增長主要來自5G、數(shù)據(jù)中心的計算存儲方面和視頻。而隨著數(shù)據(jù)量持續(xù)的增加，異構(gòu)和加速近乎是現(xiàn)代的唯一解法，那么FPGA便是最重要的角色之一。

在談及越來越多云服務(wù)商的自主AI芯片問題時，Salil Raje表示，其實很多超大規(guī)模的云服務(wù)供應(yīng)商在很多應(yīng)用上的工作負(fù)載，是會占用自身很大一部分的計算算力，所以要尋找一些解決方案來構(gòu)建自己的ASIC芯片。當(dāng)然，Xilinx實際上在此仍然是發(fā)揮非常重要的作用的，其中需要解決一部分的算力是仍然需要Xilinx的加速器進(jìn)行解決的，比如谷歌擁有自主研發(fā)的TPU，但同時依然在使用Xilinx的加速器。

“打造靈活應(yīng)變，萬物智能的世界”伴隨著XDF2019現(xiàn)場映刻的這句話，Xilinx正雙持“全面加速”與“自適應(yīng)”兩大寶劍，面對著后摩爾定律的異構(gòu)與加速器時代，而這一曲，則由Vitis串聯(lián)起Xilinx所期盼的生態(tài)環(huán)境。

【相關(guān)閱讀】

·《擁抱開源的Xilinx描繪了AI之下的剛?cè)岵?jì)： Vitis AI平臺正式開放下載》

·《FPGA開發(fā)難？Xilinx這款軟件平臺解鎖全員創(chuàng)新：開放，標(biāo)準(zhǔn)，免費(fèi)！》