据相关机构预测, 未来5年我国大数据产业规模年均增长率将超过50%,到2020年中国的数据总量将占全球数据总量比例的20%,成为世界第一数据资源大国和全球数据中心。在去年杭州的云栖大会,Intel已经展示了其Xeon+FPGA的创新模式,计划17年将投放市场。Altera的FPGA产品可以让英特尔Xeon至强处理器技术形成高度定制化、整合产品,单位功耗性能比CPU+GPU模式更高。CPU+FPGA用于数据中心,这将是未来数据中心的标配。
通用CPU是传统数据中心的核心,不过由于它是基于指令译码执行、共享内存的经典的冯?诺依曼结构, 注定了其可以完成复杂性的数据处理工作,但是处理大量并行的、重复性的数据并非其强项。CPU+GPU架构设计遇到了瓶颈而,而CPU+FPGA可以提供更好的单位功耗性能,同时易于修改和编程,在大数据和云计算领域更具号召力。
数据显示,瑞士苏黎世联邦理工学院(ETHZurich)研究发现,基于FPGA的应用加速比CPU/GPU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、DDR4、SDRAM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低功耗的解决方案。
还有一种技术选择我们不得不提一下,那就是ASIC。单从性能上讲,为特定网络数据加速目的而制造的专用ASIC芯片无疑在吞吐量、延迟、功耗方面都是最具竞争力的,但是有两个因素使其被数据中心用户拒之门外:一是ASIC的研发和流片成本越来越高,除非有足够的规模,否则经济性上没有优势;二是一旦数据处理任务需求发生变化,功能固化的ASIC就“废”了,而如果使用FPGA则无需担心这个问题,只要重新编程重新定义器件的功能即可,这对用户的投资是很有效地保障。这就是FPGA在灵活性上的优势。
FPGA 拥有并行计算优势,在高性能、多通道领域可以代替部分ASIC 和DSP。Intel 在Computex2015 上展示了大量基于FPAG 的物联网的方案,例如在安防、工业自动化和智能家居,FPGA 的并行计算在多通道处理方面可以对传统的ASIC 方案进行优化。
FPGA 小批量成本更低和抢占市场。以5 万片流片为临界点,FPGA 在高价值、批量相对较小、多通道计算的专用设备(如雷达、航天飞机、路由器)有取代ASIC 的趋势。另外,FPGA 开发周期比ASIC 低55%,可以用来快速抢占市场。FPGA 平均毛利率66%,2009-2014 年复合增速15.6%;半导体领域平均毛利率47%,2009-2014 年复合增速9.6%,FPGA 的毛利率和复合增速均是半导体领域最高。2014 年FPGA 全球容量50 为亿美元,Xilinx 和Altera 等美国厂商占据98%份额,进口替代空间大。
目前中国是全球FPGA需求最大的市场,现在Xilinx、Altera最大的客户就在中国,通讯市场华为中兴烽火包揽了全国60%以上的量。中国FPGA的发展红利在于需求市场足够大,有需求就要有相应产品来支持。我们是否有足够的能力去处理和“消化”这些海量的数据?虽然近年来数据中心的数量也在快速增加,但是面对数据处理任务指数级的增长,还是需要从更底层的核心硬件架构上寻求解决方案。
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