（文章來源：?IT168）

目前，我們?cè)?a href="http://www.brongaenegriffin.com/tags/ai/" target="_blank">AI計(jì)算平臺(tái)使用最廣泛的兩種加速部件是GPU和FPGA。GPU可適用于具備計(jì)算密集、高并行、SIMD(Single Instruction Multiple Data，單指令多數(shù)據(jù)流)應(yīng)用等特點(diǎn)的深度學(xué)習(xí)訓(xùn)練模型領(lǐng)域，并且GPU創(chuàng)建了包含CNN、DNN、RNN、LSTM以及強(qiáng)化學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)等算法在內(nèi)的應(yīng)用加速平臺(tái)和生態(tài)系統(tǒng)。

但是，最近FPGA又頻頻被各AI領(lǐng)域的巨頭看好，比如微軟、百度、科大訊飛都對(duì)FPGA應(yīng)用前景有所期待。那么如果讓你選擇FPGA作為AI計(jì)算系統(tǒng)的主力軍，你會(huì)有什么樣的顧慮?首先，深度學(xué)習(xí)包含兩個(gè)計(jì)算環(huán)節(jié)，即訓(xùn)練和推理環(huán)節(jié)。GPU在深度學(xué)習(xí)算法模型訓(xùn)練上非常高效，但在推理時(shí)對(duì)于小批量數(shù)據(jù)，并行計(jì)算的優(yōu)勢(shì)不能發(fā)揮出來。

而FPGA 同時(shí)擁有流水線并行和數(shù)據(jù)并行，因此處理任務(wù)時(shí)候延遲更低。例如處理一個(gè)數(shù)據(jù)包有 10 個(gè)步驟，F(xiàn)PGA 可以搭建一個(gè) 10 級(jí)流水線，流水線的不同級(jí)在處理不同的數(shù)據(jù)包，每個(gè)數(shù)據(jù)包流經(jīng) 10 級(jí)之后處理完成。每處理完成一個(gè)數(shù)據(jù)包，就能馬上輸出。通常來說，F(xiàn)PGA 加速只需要微秒級(jí)的 PCIe 延遲。當(dāng)Intel 推出通過 QPI快速通道互聯(lián)的 Xeon + FPGA 之后，CPU 和 FPGA 之間的延遲甚至可以降到 100 納秒以下。

其次，F(xiàn)PGA是可編程芯片，算法燒錄更加靈活。目前來看，深度學(xué)習(xí)算法還未完全成熟，算法還在迭代衍化過程中，若深度學(xué)習(xí)算法發(fā)生大的變化，F(xiàn)PGA是軟件定義硬件，可以靈活切換算法，快速切入市場(chǎng)。據(jù)分析，未來至少95%的機(jī)器學(xué)習(xí)計(jì)算都是用于推斷，只有不到5%是用于模型訓(xùn)練，而FPGA正是強(qiáng)在推斷。大幅提升推斷效率的同時(shí)，還能最小限度損失精確性，這正是FPGA的強(qiáng)項(xiàng)。

與CPU和GPU不同，F(xiàn)PGA是一種典型的非諾依曼架構(gòu)，是硬件適配軟件的模式，它能夠根據(jù)系統(tǒng)資源和算法特征靈活的調(diào)整并行度，達(dá)到最優(yōu)的適配，因此能效比高于CPU和GPU。測(cè)試數(shù)據(jù)顯示，在語音識(shí)別應(yīng)用下，浪潮F10A較CPU性能加速2.87倍，而功耗相當(dāng)于CPU的15.7%，性能功耗比提升18倍。傳統(tǒng)的FPGA的開發(fā)類似于芯片的開發(fā)，采用硬件描述語言(HDL)開發(fā)，HDL

實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，在進(jìn)行ResNet殘差網(wǎng)絡(luò)的圖片識(shí)別分類任務(wù)時(shí)，浪潮F10A加速方案圖片處理速度可達(dá)每秒742張，Top-5識(shí)別準(zhǔn)確率達(dá)到99.6%，相比同檔次GPU能效比提升3倍以上。而與通用CPU對(duì)比，在處理這種高并行、小計(jì)算量的任務(wù)時(shí)，F(xiàn)10A的優(yōu)勢(shì)將更明顯。

· 數(shù)據(jù)壓縮加速方案：為解決傳統(tǒng)壓縮架構(gòu)的弊端，浪潮GZip算法加速方案充分利用板卡硬件流水設(shè)計(jì)和任務(wù)級(jí)并行，大幅提升了壓縮任務(wù)的吞吐量并有效降低CPU的負(fù)載，壓縮率(壓縮率=1-壓縮后文件/壓縮前文件)最高可達(dá)94.8%，壓縮速度達(dá)到1.2GB/s，10倍于傳統(tǒng)方案的壓縮效率。

FaaS不僅僅是指板卡與軟件算法的一體化服務(wù)，同時(shí)還可以支持公有云及在線遠(yuǎn)程管理和更新。浪潮FPGA解決方案能夠支持動(dòng)態(tài)邏輯的在線可重構(gòu)、靜態(tài)邏輯的遠(yuǎn)程更新，并且通過優(yōu)化的監(jiān)控管理機(jī)制，提升板卡遠(yuǎn)程監(jiān)控管理的可靠性，通過它們可以實(shí)時(shí)的監(jiān)控FPGA芯片的溫度、板卡風(fēng)扇轉(zhuǎn)速、板卡內(nèi)存特性等從而調(diào)整FPGA的工作頻率。

同時(shí)浪潮FPGA也支持虛擬機(jī)的直接訪問，板卡本身也加入了很多RAS(可靠性、可用性、可擴(kuò)展性)特性，如高可靠?jī)?nèi)存訪問等，支持并行(FPP)和串行(AS)雙加載模式，任何一種模式加載出現(xiàn)故障，都可以快速切換到另一種模式加載，保證了板卡大規(guī)模服務(wù)的可用性。

有了這些特性，就可以利用浪潮FPGA方案，快速搭建FPGA云所需要的基礎(chǔ)底層計(jì)算平臺(tái)，不論是對(duì)外提供公有云服務(wù)，還是對(duì)內(nèi)實(shí)現(xiàn)FPGA計(jì)算力快速分配都能夠既高效又可靠。對(duì)于FPGA這種新興的AI計(jì)算設(shè)備，“觀望”往往是明智的選擇，畢竟不是每家公司都想要作為新技術(shù)的小白鼠，而當(dāng)有第一個(gè)吃螃蟹的人出現(xiàn)后，“跟進(jìn)”則成為“飛豬”的必然之路。

目前，浪潮FPGA已經(jīng)在百度、阿里巴巴、騰訊、網(wǎng)易、科大訊飛取得批量的落地應(yīng)用或深度測(cè)試，F(xiàn)PGA在人工智能線上推理的能效優(yōu)勢(shì)已經(jīng)得到大部分互聯(lián)網(wǎng)和AI公司的認(rèn)可。當(dāng)FPGA成為一種計(jì)算力服務(wù)，有著高效的硬件、成熟的IP和云化管理，你還在顧慮什么?

浪潮擁有國內(nèi)領(lǐng)先的FPGA軟硬件開發(fā)團(tuán)隊(duì)，浪潮正聯(lián)合Intel及BAT、科大訊飛、網(wǎng)易等AI領(lǐng)先企業(yè)深入研發(fā)基于FPGA的通用系統(tǒng)方案，包括深度學(xué)習(xí)、網(wǎng)絡(luò)加速、存儲(chǔ)優(yōu)化等，并將方案推廣到其它應(yīng)用領(lǐng)域和客戶。未來，CPU+FPGA或許將作為新的異構(gòu)加速模式，被越來越多的應(yīng)用領(lǐng)域采用。