Xilinx SDAccel 环境:为数据中心带来最佳单位功耗性能
数据中心运维人员总是不断在寻求更高的服务器性能。目前,他们主要是通过易于编程的多核CPU 和GPU 来开发应用,但CPU 和GPU 都遇到了单位功耗性能的瓶颈壁垒。从事海量数据中心应用开发(如密钥加速、图像识别、语音转录、加密和文本搜索等)的设计人员既希望GPU 易于编程,同时又希望硬件具有低功耗、高吞吐量和最低时延功能。然而,多核CPU和GPU 加速器在可扩展性上存在严重的问题:客户希望用简单的全高度插入式PCIe开发板作为数据中心服务器的应用加速器。这种开发板经配置可运行高功率图形卡,但客户同时希望功耗不超过25W,以便最大化可扩展性并最小化总功耗。
最近赛灵思同瑞士苏黎世联邦理工学院(ETH Zurich)联合开展的一系列研究发现,基于FPGA 的应用加速想比CPU/GPU实现方案,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、DDR4SDRAM 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目标功耗低于25W 的的解决方案。
全新的赛灵思SDAccel 开发环境为数据中心应用开发人员提供了他们所需要的完整的FPGA 软硬件解决方案。SDAccel 包括可高效利用片上FPGA 资源的快速的、架构优化的编译器;熟悉的软件开发流程—— 其带有用于代码开发、特性分析与调试的Eclipse 集成设计环境(IDE),可提供类似于CPU/GPU 的工作环境;以及针对不同数据中心应用而优化的动态可重配置加速器,能在类似CPU/GPU 运行时间环境中即时更换。运行过程中应用能让不同处理模块在FPGA 中即时替换,且不会干扰服务器CPU 和FPGA 之间的连接,实现不间断的应用加速。
SDAccel 的架构优化编译器使软件开发者能够优化并编译流媒体、低时延以及定制数据路径应用。SDAccel 编译器主要针对高性能赛灵思FPGA 并支持OpenCL,C 和C++ 任意组合的源代码。SDAccel 编译器相比高端CPU 性能提高达10 倍,而功耗仅为GPU 的1/10,同时能保持代码的兼容性和一个传统的软件编程模式,以便于应用移植并节约成本。根据客户基准,SDAccel 编译器相比同类竞争FPGA 解决方案,性能和资源效率均提升了3 倍。SDAccel 编译器自动生成的设计甚至比手动编码的RTL 设计方案的性能还高,在某些情况下可高出20% 之多。
其中一些自动优化能大幅提升整体应用的效率。举例来说,SDAccel 编译器的数据流流水线功能可对多个功能进行流水线化,而不会局限于仅能对单一功能进行优化。该编译器的存储器优化功能能极大地提升功效,从而让你能够在FPGA 中添加更多功能。SDAccel 是首款面向FPGA 平台的完全软件的开发环境,可实现类似于CPU/GPU 的开发体验。开发人员能用熟悉的工作流程优化应用,而且即便很少或者没有FPGA 使用经验,也能获益于FPGA 的平台优势。集成设计环境(IDE)不仅可提供编码模板和软件库,而且还支持在x86 平台上进行编译、调试、特性分析和FPGA 仿真。准备好部署后,IDE 能在配有自动仪器插入功能的数据中心用现成的商用 FPGA 平台上实现算法。
SDAccel 还经过精心构建,使CPU/GPU 开发人员能够轻松将其应用移植到FPGA 上,同时还可在熟悉的工作流程中维护和复用OpenCL、C 和C++ 代码。大量代码和库采用C 和C++ 格式。对于希望采用其现有代码库中的不同代码,或者采用第三方代码库,甚至继续组合使用C、C++ 或OpenCL 进行开发的开发者来说,能用C、C++ 或OpenCL 工作是最大的便利。
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