Môžu fpgas alebo konfigurovateľné procesory ísť do hlavného prúdu?

Jedným z najzaujímavejších trendov, ktoré som videl v serverových výpočtoch, je posun od štandardných procesorov a smerom k väčšiemu spracovaniu grafických čipov (GPU) a konfigurovateľných procesorov známych ako polné programovateľné hradlové polia (FPGA). Tento jav sa často označuje ako heterogénny výpočet.

Tento koncept tu nie je nový - GPU a iné urýchľovače sú už roky vo vysoko výkonných počítačoch (HPC) alebo superpočítačoch čoraz bežnejšie. Ale v poslednej dobe sme sa dozvedeli viac o tom, ako spoločnosť Intel prispôsobila niektoré balíčky serverových čipov tak, aby okrem tradičných CPU zahŕňali aj FPGA, zamerané hlavne na veľkých poskytovateľov cloud computingu v Hyperscale, ktorí majú špecifické algoritmy, ktoré môžu spúšťať ako hardvérové ​​pokyny na FPGA. To by malo byť omnoho rýchlejšie ako ich vykonávanie ako softvéru podľa všeobecnejších inštrukcií CPU.

To bol kľúčový faktor nedávneho plánu spoločnosti Intel na kúpu výrobcu FPGA Altera. Generálny riaditeľ spoločnosti Intel Brian Krzanich povedal, že do konca desaťročia očakáva, že až 30 percent pracovných záťaží v cloude bude mať akceleráciu FPGA. Microsoft už používa Altera FPGA na napájanie mnohých svojich cloudových služieb, ako je napríklad vyhľadávanie Bing.

Pre väčšinu spoločností používajúcich FPGA - alebo v tomto prípade GPU - existuje jedna veľká prekážka v typickejších prípadoch podnikových výpočtov: je len ťažké zabezpečiť, aby softvér pracoval na týchto čipoch spolu s procesorom. (Pre podnikovú pracovnú záťaž a dokonca aj pre HPC budete vždy potrebovať niektoré CPU; v iných druhoch aplikácií, ako sú sieťové siete, môžu hardvérové ​​spoločnosti používať iba FPGA.) Pri výpočte GPU sme videli veci ako NUDia CUDA a Khronos Skupinový štandard OpenCL, ktorý veci zjednodušuje, a určite sme videli, že veľa algoritmov HPC a strojového učenia používa GPU. Teraz výrobcovia FPGA, ako napríklad Altera, podporujú OpenCL, ale vo všeobecnejšom prípade firemných výpočtov je to príliš ťažké.

V poslednej dobe som hovoril s niekoľkými spoločnosťami, ktoré dúfajú, že to uľahčia.

Bitfusion je spustenie, ktoré som prvýkrát videl na TechCrunch Disrupt; jej technológia je zameraná na to, aby vám umožnila presunúť aplikáciu z procesora na GPU alebo FPGA bez toho, aby bola prepisovaná pre každú platformu. Ako vysvetlil generálny riaditeľ Subbu Rama, balík teraz funguje tak, že hľadá spoločné knižnice s otvoreným zdrojovým kódom, ktoré používajú vývojári softvéru, a nahrádza ich funkcie funkciami, ktoré môžu využívať výhody GPU alebo FPGA. Ako vysvetlil, veľké spoločnosti by mohli byť schopné prepísať svoj kód, ale spoločnosti na strednom trhu nie. Aplikácie zahŕňajú vedecké práce na počítači, finančné aplikácie, ako je analýza rizika a vysokofrekvenčné obchodovanie, a analytika údajov, ako je práca s údajmi o senzoroch ropy a plynu.

Nakoniec uviedol, že by to mohlo fungovať s akýmkoľvek jazykom, ktorý volá takéto knižnice. Poznamenal, že výmena knižníc nemusí byť taká efektívna ako písanie vlastného kódu pre FPGA alebo GPU, ale je to oveľa jednoduchšie.

Bitfusion plánuje ponúkať svoje produkty v troch rôznych modeloch - ako čistý softvér pre spoločnosti, ktoré už majú svoje vlastné urýchľovače; predinštalovaný na spotrebičoch; alebo pre aplikácie nasadené v cloude prostredníctvom partnerstva so spoločnosťou Rackspace. Spočiatku to bude používať FPGA Altera, hoci spoločnosť tvrdí, že by to mohlo fungovať aj s inými procesormi. Rama tvrdí, že to zákazníci používajú už teraz, pričom verejná dostupnosť je naplánovaná na najbližšie mesiace.

SRC zaujíma trochu iný prístup. Od roku 1999 vytvára pre vládne agentúry „rekonfigurovateľné servery“ a teraz vytvára riešenie zamerané na hyperscale dátové centrá a webové operácie. Tento server s názvom Saturn 1 je kazeta, ktorá sa pripája k šasi Moonshot od spoločnosti HP, a SRC tvrdí, že môže poskytovať výkon počítača, ktorý je zvyčajne stokrát rýchlejší ako v prípade tradičného dizajnu mikroprocesorov. (Spoločnosť tiež predáva väčšie systémy namontované na stojane a systémy v plnej veľkosti, zvyčajne pre svojich väčších zákazníkov.)

Čím sa to líši, je špeciálny kompilátor známy ako Carte, ktorý prevádza kód na kremíkovú konštrukciu, ktorá môže bežať na architektúre FPGA, podľa výkonného riaditeľa Jon Huppenthal. Povedal mi, že SRC strávil roky tvorbou kompilátora, pôvodne pre obchodných zákazníkov, pretože spoločnosť bola založená priekopníkom superpočítačov Seymourom Crayom ​​a Jimom Guzym v 90. rokoch. Jedným z rozdielov v prístupe SRC je, že Carte nie je určený pre generické systémy, ale je špecificky viazaný na architektúru SRC, ktorá mu dáva väčší výkon a konzistentnosť. Saturn 1 používa dva FPGA Altera - jeden, ktorý spúšťa kód užívateľa; druhý, ktorý udržuje systém rýchlo v chode, spolu s jedným procesorom Intel. V súčasnosti dodáva, že je na svojej 12. generácii rekonfigurovateľných procesorov.

Toto je drahšie riešenie zamerané hlavne na pomerne veľké výpočtové centrá, ale je stále dostupnejšie ako predchádzajúce prístupy.

Myšlienka použitia FPGA alebo rekonfigurovateľných procesorov pre väčšinu bežných úloh nie je nová. Trvalo však dlho, kým sa to stalo možnosťou pre tradičných zákazníkov mimo hardvérových dizajnérov alebo vojenských aplikácií. Tieto nové prístupy môžu predstavovať začiatok častejšieho používania tejto technológie - ale iba vtedy, ak sa zlepšenia ceny a výkonu skutočne zhodujú s tvrdeniami dodávateľov a používanie tejto technológie sa stane ľahšie. Nové prístupy sú krokom týmto smerom.