作者:英特爾公司副總裁兼可編程解決方案事業部(PSG)總經理 Dan McNamara
英特爾? 現場可編程門陣列(FPGA)繼續在市場中保持強勁的發展勢頭。配合英特爾?處理器,FPGA釋放數據的巨大潛能,改造我們的世界,使從云到邊緣的一系列實際用例的成長得以加速,體現出獨特的價值。
憑借出色的靈活性,FPGA 堪比半導體界的瑞士軍刀。即使在發運給客戶之后,這些設備也可以隨時編程。FPGA 融合了邏輯、內存和數字信號處理模塊,能夠實時地實施所需的功能,具有極高的吞吐率。這使得 FPGA 適用于許多關鍵的云和邊緣應用。
預計到 2020 年,物聯網(IoT)將覆蓋高達 500 億臺智能設備。全球人均智能設備持有數量約為 6 臺。每人每天將生成約 1.5 GB 數據,而每臺智能互聯設備每天將生成多達 50 GB 的數據。FPGA 通過以實時、節能的方式存儲、處理和分析海量數據,從而提取商業智能,為云和邊緣計算提供了極大的優勢。
最近,英特爾宣布英特爾 FPGA 將為 Microsoft Azure 提供強大的人工智能*,這是一個絕佳的示例。Brainwave* 項目奠定了基礎,該項目是微軟為實時人工智能(AI)打造的主要架構,之前用于必應* 智能搜索,現在在 Azure 和邊緣中提供。
無論在云中還是在邊緣,英特爾 FPGA 以低延遲和高能效的方式實現實時人工智能,無需將計算批處理打包(batching)至較小的處理元件中。例如,采用 FPGA 的人工智能能夠實現極高的吞吐率,可以運行 ResNet-50 ——一款行業標準深度神經網絡,要求近 80 億次計算——而無需批處理。這可以在 FPGA 中實現,因為邏輯、DSP、嵌入式內存等可編程硬件支持輕松編寫任何所需的邏輯功能,并針對其面積、性能或功率進行優化。由于該結構在硬件中實施,可以定制與執行并行處理,性能有望比傳統軟件或 GPU 設計方法高出數個數量級。
企業應用也使用相同的功能。戴爾 EMC* 和富士通* 正將英特爾 Arria? 10 可編程加速卡(PAC)應用于企業數據中心的現有服務器中。這些加速卡可在各個工作負載上與英特爾至強? 處理器協同工作,如實時數據分析、人工智能、視頻轉碼、金融、網絡安全與基因組。這些數據密集型工作負載面臨著數據的爆炸式增長,FPGA 的實時和并行處理能力為它們帶來了極大的優勢。英特爾已構建了廣闊的合作伙伴生態系統,以使用面向英特爾?至強?CPU和FPGA的加速堆棧在上述工作負載中開發整套解決方案。
Levyx*(一家由金融服務業前高管領導的大數據公司)使用基于 Arria?10 FPGA 的英特爾 PAC可編程加速卡 加速金融回溯測試,該測試經常用于幫助預測金融票據的計算交易策略的性能,包括各種證券、期權和衍生工具等。它是一個高度并行的數據與計算密集型工作負載,通常需要花費數小時,甚至數天來執行。借助 FPGA,Levyx 運行金融回溯測試的性能提升了 850%。圖 1 中的數據顯示了 20 個股票交易代碼 50 次算法模擬的實際數據。結果令人驚訝。
圖 1.Levyx 與英特爾的聯合解決方案用于回溯測試工作負載的加速
在云中,由于企業需要處理大數據,FPGA 的應用規模已經達到了空前的水平。邊緣出現了相似的標志性轉變。研究報告顯示,到 2020 年,來自 500 億臺智能互聯設備的大多數數據均由機器(而非人類)生成。數據將來源于廣泛的行業,包括制造、機器人、醫療保健和零售。
全球視頻安防行業領先的解決方案提供商大華,以及加拿大國家科學研究院(NRC)正將英特爾 FPGA 嵌入其邊緣應用中。
大華與英特爾通力合作,致力于使用 FPGA 加速它的 Deep Sense 服務器系列,以便在邊緣實現實時推理,在由 100,000 張圖像組成的數據庫內進行面部對比。由于需要在帶寬與功率受限的環境中快速執行面部識別,FPGA 技術被用作執行低延遲、節能型邊緣推理的平臺。
加拿大 NRC 正協助構建下一代平方公里陣列(SKA)射電望遠鏡,計劃將其部署于偏遠的南美與澳大利亞地區,對于天文研究而言,這種觀察條件最為理想。SKA 射電望遠鏡將成為世界最大的射電望遠鏡,相比我們現在擁有的最好的射電望遠鏡,它的速度提升了 10,000 倍,圖像分辨率提升了 50 倍。分辨率和速度的提升導致這些望遠鏡生成大量的圖像數據,每隔幾個月就要處理相當于互聯網一年的數據量。
NRC 的設計將英特爾? Stratix? 10 SX FPGA 嵌入南非 SKA 望遠鏡項目的中央處理設施(CPF)中,從而在邊緣實時地處理和分析收集到的數據。高速模擬收發器支持核心 FPGA 結構實時獲取信號數據。隨后并行化可編程邏輯,以執行針對功效、性能或兩者優化的任何自定義算法,這使得 FPGA 成為在邊緣處理大量實時數據的理想之選。
從云計算到邊緣、物聯網和我們的傳統嵌入式市場,英特爾一直處于技術的前沿。其他人正在預測未來時,我們已經開始開創未來。可編程解決方案事業部的團隊正在加速這一進程。
我非常期待未來與您分享英特爾 FPGA 如何推動 5G 無線、有線、小芯片技術等創新——釋放數據的巨大潛能,改造我們的世界。
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