隨著數(shù)據(jù)中心面臨越來越大的壓力，EE 正在將現(xiàn)場可編程門陣列 (FPGA) 視為一種潛在的解決方案。然而，它們怎么可能有用，誰在加大研究力度？

今天，數(shù)據(jù)中心比以往任何時候都承受著巨大的壓力。在云計算日益普及、數(shù)據(jù)創(chuàng)建率高以及機(jī)器學(xué)習(xí)等新的計算密集型應(yīng)用程序之間，我們當(dāng)前的數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施正被推向極限。

為了幫助確保未來的數(shù)據(jù)中心能夠跟上這些趨勢并不斷提高性能，工程師們正在重新構(gòu)想數(shù)據(jù)中心計算硬件。

由此可見，數(shù)據(jù)中心最重要的硬件之一就是FPGA。

FPGA 的高級概述。圖片由Stemmer Imaging提供

一個最近宣布的中心，即英特爾/VMware Crossroads 3D-FPGA 學(xué)術(shù)研究中心，希望明確地促進(jìn)數(shù)據(jù)中心的 FPGA 技術(shù)的改進(jìn)。

在本文中，我們將討論 FPGA 對數(shù)據(jù)中心的好處，以及新研究中心計劃如何進(jìn)一步改進(jìn)該技術(shù)。

轉(zhuǎn)向加速器

目前，數(shù)據(jù)中心有兩個主要趨勢正在推動該領(lǐng)域的未來發(fā)展：數(shù)據(jù)流量的增加和計算密集型應(yīng)用程序的增加。

這里的挑戰(zhàn)在于，數(shù)據(jù)中心不僅必須能夠處理增加的數(shù)據(jù)和更嚴(yán)格的計算，而且比以往任何時候都更需要以更低的功率和更高的性能來做到這一點。

為了實現(xiàn)這一目標(biāo)，工程師們已經(jīng)不再使用更通用的計算硬件，例如中央處理單元 (CPU) 和圖形處理單元 (GPU)，而是使用硬件加速器。

異構(gòu)架構(gòu)的一個例子，它正在成為數(shù)據(jù)中心的規(guī)范。圖片由張等人提供

工程師可以使用特定于應(yīng)用程序的計算塊實現(xiàn)比以前更高的性能和低功耗計算。對許多人來說，由加速器、GPU 和 CPU 組成的異構(gòu)計算架構(gòu)是未來數(shù)據(jù)中心被廣泛接受的前進(jìn)道路。

FPGA 對數(shù)據(jù)中心的好處

出于多種原因，F(xiàn)PGA 具有獨特的優(yōu)勢，可以使數(shù)據(jù)中心受益。

首先，F(xiàn)PGA 是高度可定制的，這意味著它們可以配置為用作特定應(yīng)用的硬件加速器。

在數(shù)據(jù)中心環(huán)境中，工程師可以為機(jī)器學(xué)習(xí)、網(wǎng)絡(luò)或安全等應(yīng)用配置 FPGA。由于其軟件定義的特性，F(xiàn)PGA 提供了比專用集成電路 (ASIC) 更簡單的設(shè)計流程和更短的上市時間。

顯示如何動態(tài)重新配置 FPGA 的示例圖。圖片由Wang 等人提供

其次，F(xiàn)PGA 可以提供多功能性的好處。由于 FPGA 的功能可以完全由 HDL 代碼定義，因此單個 FPGA 可以用于多種用途。此功能可以幫助降低復(fù)雜性并在系統(tǒng)中創(chuàng)建統(tǒng)一性。

無需各種不同的硬化 ASIC，單個 FPGA 可以針對各種應(yīng)用進(jìn)行配置和重新配置，從而為進(jìn)一步優(yōu)化硬件資源打開了大門。

因此，一些 FPGA 可以根據(jù)正在運行的應(yīng)用程序?qū)崟r重新配置，這意味著單個 FPGA 可以根據(jù)需要充當(dāng)多個角色。

3D-FPGA學(xué)術(shù)研究中心

最近，英特爾/VMware Crossroads 3D-FPGA 學(xué)術(shù)研究中心被宣布為一項旨在改善 FPGA 技術(shù)未來的多所大學(xué)的努力。

該團(tuán)隊由來自多倫多大學(xué)、德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校、卡內(nèi)基梅隆大學(xué)等的研究人員組成，他們的工作直接集中在 FPGA 在數(shù)據(jù)中心中的作用。更具體地說，該小組將研究在 FPGA 框架內(nèi)實現(xiàn) 3D 集成的方法。

這個想法是，通過能夠垂直堆疊多個 FPGA 芯片，研究人員應(yīng)該能夠?qū)崿F(xiàn)更高的晶體管密度，同時平衡性能、功耗和制造成本。

總體而言，該小組希望使用 3D 集成技術(shù)來創(chuàng)建由 FPGA 和硬化邏輯加速器組成的異構(gòu)系統(tǒng)，所有這些都在一個封裝中。該技術(shù)將尋求在傳統(tǒng) FPGA 架構(gòu)下方的層中結(jié)合片上網(wǎng)絡(luò) (NoC)，以便 NoC 可以控制數(shù)據(jù)路由，而 FPGA 可以提供所需的計算。

總體而言，該組織希望通過他們的新技術(shù)將網(wǎng)絡(luò)內(nèi)計算的興起擴(kuò)展到服務(wù)器。

面向未來數(shù)據(jù)中心的 FPGA

隨著數(shù)據(jù)中心趨向于更多數(shù)據(jù)和更密集的計算，F(xiàn)PGA 無疑將成為關(guān)鍵參與者。

隨著一個新的研究小組希望支持這項技術(shù)，現(xiàn)在看來，F(xiàn)PGA 正在成為數(shù)據(jù)中心行業(yè)的中流砥柱。

審核編輯 黃昊宇