隨著(zhù)大數據和云計算的發(fā)展，傳統的計算模式并不能很好地處理由此帶來(lái)的應用負載，服務(wù)器的性能、功耗和空間等受到了很大的挑戰。CPU+FPGA等異構計算正成為行業(yè)重要的發(fā)展趨勢。我們也看到，近來(lái)各芯片巨頭在服務(wù)器市場(chǎng)的合縱連橫，動(dòng)作頻頻，對中國市場(chǎng)更是視若珍寶。未來(lái)在服務(wù)器市場(chǎng)各廠(chǎng)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(mǎn)足日益增長(cháng)的大數據、云計算等新應用領(lǐng)域的需求。
三大陣營(yíng)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)單一結構中，其插槽和標準的Xeon E5處理器兼容。FPGA將能為英特爾的客戶(hù)提供一個(gè)更強大的算法執行能力和更高的性能，能給基于服務(wù)器的應用帶來(lái)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(méi)有被廣泛應用于海量級數據中心的服務(wù)器。英特爾預計，截止2020年FPGA將會(huì )在30%的數據中心服務(wù)器中得以應用。
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)融合可重構計算和英特爾x86架構技術(shù)的新型通用CPU，以滿(mǎn)足市場(chǎng)和用戶(hù)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)系統的開(kāi)放式創(chuàng )新?；饡?huì )發(fā)起成員僅有5家公司，包括IBM、谷歌等，而到現在為止已經(jīng)有超過(guò)150個(gè)成員，其中20個(gè)成員在中國?；赑ower處理器的強大性能，谷歌在2016年將會(huì )采用Power處理器進(jìn)行其主板的規格定義，運行Linux所有的應用程序。
2015年7月，OpenPOWER基金會(huì )宣布正式推出全新硬件加速I(mǎi)SV支持計劃，為本地ISV（獨立軟件開(kāi)發(fā)商）免費提供基于RedPOWER服務(wù)器以及賽靈思FPGA的云端開(kāi)發(fā)及測試環(huán)境，幫助ISV提升大數據、云計算等新興技術(shù)研發(fā)能力。
9月16日成立第二代分布式計算聯(lián)盟，構建了由處理器技術(shù)廠(chǎng)商、服務(wù)器廠(chǎng)商、應用加速器廠(chǎng)商、ISV和行業(yè)用戶(hù)等組成的生態(tài)鏈，以推動(dòng)以應用加速器技術(shù)為重要特征的新一代計算模式的技術(shù)和應用的發(fā)展。2015年底，IBM與OpenHW開(kāi)源硬件社區、Xilinx公司聯(lián)合啟動(dòng)了首屆IBM-Xilinx異構計算大賽，共同推動(dòng)第二代分布式計算的落地應用。
ARM陣營(yíng)及高通：
ARM作為服務(wù)器領(lǐng)域的后來(lái)者，一直很努力地證明自己。例如巴塞羅那超級計算中心采用ARM架構服務(wù)器，就是ARM在服務(wù)器方面很好的例證。ARM還與美國的一些機構做有關(guān)超級計算的事情。全球知名的提供云服務(wù)的廠(chǎng)商和服務(wù)供應商都在使用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)基于新的系統芯片開(kāi)發(fā)平臺送交頂級服務(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A(yíng)RM架構的處理器Opteron A1100。
應對服務(wù)器的挑戰，不能沒(méi)有FPGA
“云計算和大數據帶來(lái)了很多新型負載，如分布式數據庫、鍵值存儲、視頻圖像處理、認知計算、機器學(xué)習、基因計算等應用。傳統的計算模式無(wú)法以較低功耗滿(mǎn)足這些應用對于服務(wù)器吞吐量和時(shí)延的要求。” IBM大中華區科技戰略合作總經(jīng)理姜錫岫表示。
IBM大中華區科技戰略合作總經(jīng)理姜錫岫
Intel可編程解決方案事業(yè)部數據中心架構師Mike Strickland 認為計算和存儲領(lǐng)域出現了新的發(fā)展趨勢，需要一個(gè)全新模型來(lái)優(yōu)化效率、成本以及功耗。CPU無(wú)法獨自處理所有工作負載，而GPGPU功耗太大。FPGA可以應對的趨勢包括：在業(yè)務(wù)中經(jīng)濟地支持云計算和虛擬化(同時(shí)包括服務(wù)器和存儲)。
另外一個(gè)動(dòng)向則是，在云計算中采用分布式存儲和高速緩存，并通過(guò)融合降低功耗和提高密度。我們的客戶(hù)極為關(guān)心閃存技術(shù)在隨機訪(fǎng)問(wèn)條件下提供的引人注目的單位成本每秒I/O操作次數 (IOPS/$)，以及它的低功耗特性。而且在存儲市場(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技術(shù)，也能夠推動(dòng)新的云架構。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?？春密浖x數據中心(SDDC)，可以將資源(計算、網(wǎng)絡(luò )、存儲)池化，并自動(dòng)進(jìn)行配置和監控。Intel Xeon + FPGA多芯片封裝(MCP) & 微軟必應支持FPGA等公開(kāi)發(fā)布都是這方面的實(shí)例。
芯片廠(chǎng)商力推CPU+FPGA異構計算
的確，服務(wù)器芯片廠(chǎng)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。
針對這種CPU+FPGA體系結構，Mike Strickland對國際電子商情記者表示，當前我們還無(wú)法對芯片做過(guò)多的評論，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。FPGA加速對數據中心的貢獻主要集中在三個(gè)方面：
算法加速：仿真、CNN、識別、圖像處理、重建包括：并行/流水線(xiàn)處理、位操作、匹配；靈活的數據通路和存儲器訪(fǎng)問(wèn)，邏輯恰好滿(mǎn)足需求，硬核浮點(diǎn)；我們以最低功耗實(shí)現了最佳性能。
網(wǎng)絡(luò )加速：虛擬化、過(guò)濾/分析、壓縮、兼容、DPI
數據訪(fǎng)問(wèn)加速：過(guò)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)勢包括：率先進(jìn)入下一工藝尺寸節點(diǎn)，通過(guò)CPU與FPGA更緊密的集成而實(shí)現更好的性能和更低的功耗?；贗ntel 14nm工藝的Intel FPGA也增強了云計算能力，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(kāi)發(fā)的Stratix 10 FPGA的Hyperflex新體系結構，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)，積極化解云計算大數據應用給服務(wù)器帶來(lái)的挑戰。
姜錫岫表示，利用OpenPOWER處理器先進(jìn)的CAPI技術(shù)，FPGA能實(shí)現與處理器的高效連接，從而充分利用FPGA可編程硬件強大的硬件加速能力，實(shí)現軟硬結合的異構計算，大幅提高對數據應用的處理性能：根據應用的不同可以實(shí)現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的功耗，減少服務(wù)器數量及其占用的數據中心寶貴空間。
CPU+FPGA方案降低了系統功耗，大幅提升了應用性能，使得云計算和大數據等新型應用負載的高吞吐量和低延時(shí)需求得到了滿(mǎn)足，從而極大促進(jìn)了相關(guān)應用的發(fā)展。
IBM的POWER處理器和OpenPOWER處理器通過(guò)高效的CAPI接口將FPGA與CPU連接起來(lái)。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的方案現在就是Ready的，也不需要用戶(hù)對現有的服務(wù)器、處理器做任何調整，將FPGA板卡插到通用的PCIe插槽上即可使用。降低了用戶(hù)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處理器內編程地址空間尋址的問(wèn)題，降低了編程難度。
通過(guò)POWER和OpenPOWER處理器的CAPI接口與FPGA連接，擴展FPGA卡的數量（PCIe）取決于用戶(hù)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。
云計算等新應用正改變服務(wù)器市場(chǎng)
數據顯示，到2018年時(shí)，云計算將占服務(wù)器市場(chǎng)的40％，與2013年比增長(cháng)110％；到2020年時(shí)，云計算有機會(huì )達到150億美元的規模。
高通的數據中心事業(yè)部高級副總裁Anand Chandrasekher表示，“服務(wù)器行業(yè)正在發(fā)生各種我從未見(jiàn)過(guò)的變化，其根本原因是云計算。云計算在不斷增長(cháng)，是一個(gè)全球性的現象，在所有的工作負載領(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。如果能拿出一個(gè)低功耗解決方案，會(huì )非常有吸引力。”
姜錫岫認為服務(wù)器市場(chǎng)正經(jīng)歷著(zhù)巨大的變革，未來(lái)服務(wù)器市場(chǎng)的增長(cháng)需求很大一部分來(lái)自云計算、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、大數據等新型應用，這些應用的爆發(fā)式增長(cháng)不但給服務(wù)器和數據中心技術(shù)帶來(lái)了新的挑戰，也給相關(guān)企業(yè)抓住歷史機遇彎道超車(chē)提供了舞臺。以CPU+FPGA等異構計算為主要特征的第二代分布式計算正在成為行業(yè)的重要發(fā)展趨勢，能夠抓住計算技術(shù)變革的歷史機遇將有機會(huì )在新一輪的信息革命大潮中爭得先機。
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(mén)即可編程解決方案事業(yè)部進(jìn)行運營(yíng)。開(kāi)發(fā)規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(kāi)合作，是這樣嗎？Mike Strickland 表示，Intel計劃支持和開(kāi)發(fā)Altera基于A(yíng)RM的產(chǎn)品線(xiàn)，目標是提供更優(yōu)的體系結構解決方案，以更好的滿(mǎn)足客戶(hù)的需求。
Mike Strickland還表示，我們的策略是繼續與微軟的必應和Azure團隊以及其他的全球搜索和網(wǎng)絡(luò )提供商合作，他們需要大規模數據中心，通過(guò)基于FPGA的服務(wù)器降低成本，卸載CPU，充分發(fā)揮虛擬化以及轉向SDDC方法的優(yōu)勢。
服務(wù)器芯片巨頭一致看好中國市場(chǎng)。預計到2020年服務(wù)器芯片市場(chǎng)的規模將達到150億美元，其中有60億美元來(lái)自中國市場(chǎng)，中國也成為全世界數據中心技術(shù)的第二大市場(chǎng)，同時(shí)也是這個(gè)領(lǐng)域增長(cháng)最快的一個(gè)市場(chǎng)。
由云計算和大數據帶來(lái)的市場(chǎng)機會(huì )使得服務(wù)器市場(chǎng)的競爭格局發(fā)生著(zhù)微妙變化。無(wú)論是X86架構，還是POWER架構以及ARM架構，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(kāi)放的心態(tài)集結更多的合作伙伴，以低功耗占優(yōu)的ARM架構以及生態(tài)圈伙伴也奮起直追。他們無(wú)不挑戰該市場(chǎng)的絕對霸主英特爾的地位，盡管影響力還不足夠，但大家都看準了移動(dòng)互聯(lián)、云計算等帶來(lái)的有可能改寫(xiě)服務(wù)器格局的契機。而英特爾近來(lái)的收購或者合作之舉也無(wú)疑在鞏固其優(yōu)勢地位。隨著(zhù)三大陣營(yíng)以CPU+FPGA等異構計算為主，更緊密地與業(yè)界合作，未來(lái)服務(wù)器領(lǐng)域尤其是中國市場(chǎng)的競爭將更趨激烈
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移動(dòng)設備訪(fǎng)問(wèn)
