一文详解AWS FPGA优势-特性-工作方式-用途.doc

《一文详解AWS FPGA优势-特性-工作方式-用途.doc》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、一文详解AWSFPGA优势/特性/工作方式/用途　　一、FPGA背景介绍　　FPGA是Field－ProgrammableGateArray的英文缩写，英文直译叫做“现场可编程门阵列”，一般都叫做“可编程硅芯片”。计算机的处理器是在预定义的电路中运行软件应用程序，与此相反，对FPGA进行编程会使芯片内部的线路重新连接，从而直接在硬件中执行所需的功能。　　每一块FPGA芯片都是由有限多个带有可编程连接的预定义源组成，可实现可重配置数字电路和I/O模块并允许电路接触外部环境。　　　　FPGA资源说明书中通常介绍了可编程逻辑模块的数量、固定功能逻辑模块（如乘法器）的数目

2、及存储器资源（如嵌入式块RAM）的大小。FPGA芯片中还有很多其它的部分，但是以上指标通常是在为特定应用选择和比较FPGA时的最重要参考指标。　　可重配置逻辑模块（configurablelogicblock，CLB）是FPGA的基础逻辑单元。CLB有时又称为片（slice）或逻辑单元，由两个基本元器件构成：触发器和查找表（LUT）。不同FPGA产品系列的区别在于触发器和LUT的组合方式，因此理解触发器和LUT是至关重要的。　　二、FPGA作用　　在计算加速领域，传统CPU处理能力的需要突破已经成为共识，目前的途径主要有以下几类：　　途径一，ASIC：经历了几十年

3、的发展演变，为专门目的而设计的ASIC，由于面向特定用户的需求，在加速效率上可圈可点。但是，设计周期长、成本贵、应用范围窄的通病，使ASIC仅适合于批量很大或者对产品成本不计较的场合。　　途径二，GPU：随着近年来机器学习等领域的突飞猛进，GPU也早已经不再局限于3D图形处理，其在浮点运算、并行计算等部分计算方面的特性已经引起业界越来越多的关注，尤其是目前最大的独立芯片生产销售商NVIDIA有些如日中天的感觉，但其在应用广度上的通用性仍然有待时间的检验。　　途径三，FPGA：它作为半定制的ASIC而出现，既解决了定制电路的不足，又在性能与应用广度上显示出优势，英特

4、尔已经积极布局，推出CPU+FPGA架构，也有厂商推出了单独的FPGA架构，这些都使FPGA进入数据中心加速的主角地位。　　下面是一个厂商提供的测试数据：　　可以看出，这个厂商FPGA与服务器CPU的性能对比，单位功耗性能在机器学习推断方面提高了11倍；数据分析SQL查询方面提升了33倍；视频处理转码提高40倍；存储压缩提高40倍；网络vSwitch可提高23倍。　　三、AWS的FPGA　　亚马逊AWS提供了新的EC2实例F1，这种新的EC2实例是具有现场可编程门阵列（FPGA）的计算实例。可以进行编程，为应用程序创建自定义硬件加速。F1实例易于编程，并且配备了开

5、发、模拟、调试和编译硬件加速代码所需的各种资源，包括FPGADeveloperAMI和硬件开发工具包（HDK）。FPGA设计完成后，您可以将其注册为AmazonFPGAImage（AFI），然后将其部署到您的F1实例，只需单击几下即可完成部署。您可以多次重复使用您的AFI，并可以根据需要跨多个F1实例使用。　　AmazonEC2F1现已推出预览版，具有两种不同的实例大小，且每个实例包含多达八个FPGA。F1实例配有最新的16nmXilinxUltraScalePlusFPGA。每个FPGA都具有64GiB本地DDR4ECC受保护内存，并配有专用PCIex16连接。

6、每个FPGA大约包含250万个逻辑元件以及大约6800个数字信号处理（DSP）引擎。与其他AmazonEC2按需实例一样，您将按小时为F1计算容量付费，无需签订长期合约，也无须支付预付款。FPGADeveloperAMI或HDK都是免费的，您可以在您的F1实例上根据需要对FPGA多次进行编程，无需额外付费。　　四、AWSFPGA的优势　　快速部署自定义硬件加速。借助F1实例，您只需在AWS管理控制台中单击几下，即可在AWS上部署自定义FPGA。F1实例可以拥有一个或多个与其关联的FPGA设计，使您能够快速且灵活地在同一个实例上运行多个AFI。此外，F1实例还为您提

7、供了编程、模拟、调试和编译硬件加速代码所需的易于访问的工具。　　可预测的性能。FPGA通过一种专用的PCIExpress（PCIe）结构连接到您的F1实例，从而使各个FPGA能够共用同一内存空间，并能够以高达12GBps的速度相互通信。PCIExpress结构与其他网络相隔离，且FPGA不会跨实例、用户或账户进行共享。此设计可确保您在使用FPGA时只有您的逻辑在其上运行，有助于提供一致的性能。　　改变FPGA的经济性。借助F1实例，您无需自行购买FPGA或购买专门的硬件来运行FPGA，即可为您的工作负载部署硬件加速，从而大幅降低为应用程序部署硬件加速所需的成本。如

8、此一来，您