Mogu li fpgas ili rekonfigurirati procesori ići u mainstream?

Jedan od najzanimljivijih trendova koji sam vidio u poslužiteljskom računanju je odmak od standardnih CPU-a i prema većoj obradi grafičkih čipova (GPU-a) i konfigurabilnih procesora poznatih kao polja programibilna polja polja (FPGAs). Ovaj se fenomen često naziva heterogenim računanjem.

Koncept ovdje nije nov - GPU-i i drugi ubrzivači godinama su sve češći u računalima visokih performansi (HPC) ili superračunala. Ali u posljednje vrijeme čujemo više o tome kako je Intel prilagodio neke pakete čipova poslužitelja radi uključivanja FPGA-ova pored tradicionalnog CPU-a, usmjerenog uglavnom na velike davatelje usluga oblaka s visokim razinama koji imaju specifične algoritme koje mogu izvoditi kao hardverske upute na FPGA-i. To bi trebalo biti mnogo brže od izvođenja kao softvera na općenitijim uputama za CPU.

Ovo je bio ključni pokretač Intelova nedavnog plana za kupnju proizvođača FPGA Altere. Izvršni direktor Intel-a Brian Krzanich rekao je da očekuje da će do 30 posto rada u oblaku imati nekakvo FPGA ubrzanje do kraja desetljeća. Microsoft već koristi Altera FPGA-ove kako bi napajao mnoge svoje usluge u oblaku, poput Bing pretraživanja.

Postojala je jedna velika prepreka većini kompanija koje koriste FPGA-ove - ili, u tom slučaju, GPU-ove - u tipičnijim slučajevima korporativnog računarstva: teško je natjerati softver da istovremeno radi na tim čipovima, uz CPU. (Za korporativna radna opterećenja, pa čak i HPC, uvijek će vam trebati neki CPU-i; u drugim vrstama aplikacija, kao što su umrežavanje, hardverske tvrtke mogu jednostavno koristiti FPGA.) Za računarstvo GPU-a vidjeli smo stvari poput Nvidijine CUDA i Khronos Group-ov OpenCL standard, koji olakšava stvari, a zasigurno smo vidjeli da mnogi HPC i algoritmi strojnog učenja koriste GPU. Sada proizvođači FPGA kao što je Altera podržavaju i OpenCL, ali u općenitijem slučaju korporativnog računarstva dokazano je previše teško.

U posljednje vrijeme razgovarao sam s nekoliko tvrtki koje se nadaju da će to olakšati.

Bitfusion je startup koji sam prvi put vidio u TechCrunch Disrupt; Njegova je tehnologija usmjerena na omogućavanje premještanja aplikacije iz CPU-a u GPU ili FPGA bez prepisivanja za svaku platformu. Kako je objasnio generalni direktor Subbu Rama, paket sada funkcionira tako što traži zajedničke biblioteke otvorenog koda koje koriste programeri softvera i zamjenjujući funkcije unutar njih funkcijama koje mogu iskoristiti GPU ili FPGA. Kako je objasnio, velike kompanije možda bi mogle napraviti prepisivanje svog koda, ali tvrtke na srednjem tržištu ne mogu. Aplikacije uključuju znanstveno računarstvo, financijske aplikacije kao što su analiza rizika i visokofrekventno trgovanje i analitika podataka kao što je rad s podacima senzora za ulje i plin.

Na kraju je rekao da bi ovo moglo funkcionirati sa bilo kojim jezikom koji naziva takve biblioteke. Primijetio je da zamjena knjižnica možda nije toliko učinkovita kao pisanje prilagođenog koda za FPGA ili GPU, ali mnogo je lakše.

Bitfusion planira svoje proizvode ponuditi u tri različita modela - kao čisti softver za tvrtke koje već imaju svoje akceleratore; unaprijed instalirani na uređajima; ili za aplikacije raspoređene u oblaku, putem partnerstva s Rackspaceom. U početku će se koristiti Altera FPGAs, iako tvrtka kaže da bi mogla raditi i s drugim procesorima. Rama kaže da ga početni kupci sada koriste, a javna dostupnost planira se u sljedećih nekoliko mjeseci.

SRC zauzima nešto drugačiji pristup. Od 1999. stvara "konfigurirajuće poslužitelje" za vladine agencije, a sada donosi rješenje usmjereno na hiperrazličite podatkovne centre i web operacije. Nazvan od Saturn 1 poslužitelja, to je uložak koji se ubacuje u HP-ovu Moonshot šasiju, a SRC tvrdi da može osigurati performanse računala koje su obično 100 puta brže od onih tradicionalnih dizajna mikroprocesora. (Tvrtka također prodaje i veće stalke i sustave pune veličine, obično za veće kupce.)

Ono zbog čega se to razlikuje je poseban prevodilac poznat kao Carte, koji pretvara kôd u silikonski dizajn koji se može izvoditi na FPGA arhitekturi, izjavio predsjednik uprave Jon Huppenthal. Rekao mi je da je SRC proveo godine stvarajući prevodilac, u početku za poslovne kupce, jer su tvrtku osnovali pioniri superračunala Seymour Cray i Jim Guzy u 90-ima. Jedna razlika u pristupu SRC-a, rekao je, je da Carte nije namijenjen generičkim sustavima, već je vezan upravo za arhitekturu SRC-a, što joj daje više performansi i dosljednosti. Saturn 1 koristi dva Altera FPGA-a - onaj koji pokreće korisnički kod; drugi koji sustav brzo radi, zajedno s jednim Intelovim procesorom. Trenutno je, dodao je, tvrtka u 12. generaciji procesora koji se mogu konfigurirati.

Ovo je skuplje rješenje, uglavnom usmjereno na prilično velike računalne centre, ali još je pristupačnije od ranijih pristupa.

Ideja o korištenju FPGA-ova ili konfigurabilnih procesora za više glavnih zadataka nije nova. Međutim, trebalo je dugo da ovo postane čak i mogućnost za tradicionalnije kupce izvan hardvera ili vojnih aplikacija. Ovi novi pristupi mogu spriječiti početak ove tehnologije kako bi se češće koristila - ali samo ako se poboljšanja cijene i performanse uistinu podudaraju s tvrdnjama dobavljača i ako tehnologija postane lakša za korištenje. Novi pristupi su korak u tom smjeru.