基于FPGA的異構(gòu)計算是趨勢

算起來，人工智能（AI）概念已經(jīng)提出60多年了，而最近兩年，得益于智能終端的普及帶來的數(shù)據(jù)爆發(fā)式增長，以及深度學習、神經(jīng)網(wǎng)絡算法的發(fā)展，AI市場受到了空前的關(guān)注，但AI要得以快速普及，還缺少高算力的推動，需要提供更好的硬件加速條件。

2018年4月17日，業(yè)界領(lǐng)先的異構(gòu)加速和業(yè)務卸載方案提供商杭州加速云信息技術(shù)有限公司在京舉辦了科技峰會及新產(chǎn)品發(fā)布會，隆重發(fā)布了四大創(chuàng)新產(chǎn)品（兩個系列硬件加速產(chǎn)品（SC-OPS, SC-VPX）、兩個IP庫 (FDNN, FBLAS)）及三大解決方案（深度學習解決方案、高性能計算及數(shù)字信號處理解決方案、邊緣計算解決方案）。

搶先布局異構(gòu)計算

杭州加速云信息技術(shù)有限公司創(chuàng)始人兼CEO鄔剛是學習通信出身，最早跟隨中國程控電話交換機之父鄔江興院士進入通信行業(yè)。兩年之后，他加入了華為負責芯片設計。2007年開始創(chuàng)業(yè)，創(chuàng)辦過3家公司，對CPU總線、多核處理器的發(fā)展有著清晰的理解。經(jīng)過多年的積累和對未來市場的預估，2015年9月，鄔剛先生創(chuàng)辦了加速云。

杭州加速云信息技術(shù)有限公司創(chuàng)始人兼CEO 鄔剛

加速云的解決方案可以廣泛應用于深度學習、人工智能、金融、機器視覺等領(lǐng)域。目前已與阿里、騰訊、科大訊飛等多家企業(yè)開展深入合作。

“加速云是從技術(shù)上推導出來的一家公司，起源于2014年我們家迎來第一個小朋友，在陪產(chǎn)過程中形成的一個想法?！?鄔剛先生提及創(chuàng)辦加速云的心路歷程，“在2014年，按照英特爾的發(fā)展，下一步一定是異構(gòu)，我們當時認為異構(gòu)，要么用GPU，要么用FPGA。英特爾在GPU上有一次失敗嘗試，加上GPU自身功耗太高等問題，F(xiàn)PGA會是異構(gòu)計算的一個理想選擇?！?/p>

事實上，在加速云誕生之初已經(jīng)擁有強大的技術(shù)儲備?；贔PGA來做異構(gòu)計算是鄔剛先生2014年4月就想出來的計劃，直等到2014年10月英特爾在IDF大會上宣布x86+FPGA處理器，他認為這個機會點來了，11月份正式開始研究，到2015年4月，研發(fā)出了第一代原型機，2015年9月開始量產(chǎn)，加速云公司隨之注冊。

在深度學習中，做好算法只完成了1/3，在這個團隊里面，既需要很強的實現(xiàn)算法的能力，還要有非常強的工程化能力，這種工程化的能力，包括接口和實現(xiàn)量產(chǎn)的能力?！拔覀冎雷龀鲆粋€東西很容易，但是做好還是挺難的。我們有一個非常小的板卡，迭代了四代，每一次迭代都要花百萬人民幣，因為硬件投入很大，每次迭代有可能只改了一點，我們發(fā)現(xiàn)未來可能存在的一些風險問題，就把它改掉，這是我們團隊特別的地方。我們是一個工程化能力非常強的團隊，整體技術(shù)行不行是我們最重要的考量?！?鄔剛先生介紹。

基于FPGA的異構(gòu)計算是趨勢

目前處于AI大爆發(fā)時期，異構(gòu)計算的選擇主要在FPGA和GPU之間。盡管目前異構(gòu)計算使用最多的是利用GPU來加速，F(xiàn)PGA作為一種高性能、低功耗的可編程芯片，在處理海量數(shù)據(jù)時，F(xiàn)PGA計算效率更高，優(yōu)勢更為突出，尤其在大量服務器部署時，隱形的運營成本會得到顯著降低。

此外，低延遲、確定性延遲，也是FPGA天然的優(yōu)勢。

鄔剛表示：“人工智能已經(jīng)進入我們的生活，但是未來發(fā)展還存在瓶頸，需要硬件技術(shù)和算法方面的突破。異構(gòu)計算是計算架構(gòu)的未來趨勢，而FPGA 是實現(xiàn)異構(gòu)計算的完美選擇。加速云創(chuàng)新的異構(gòu)計算加速平臺解決方案，具有高性能、高效率、低延時特性以及可編程性和遠程可重構(gòu)能力，非常適合云上的彈性業(yè)務的需求。我們希望能夠通過我們的技術(shù)，幫助更多的企業(yè)實現(xiàn)深度學習，在大數(shù)據(jù)時代贏得先機。”

全球最高性能FPGA加速卡

SC-OPS是加速云推出的全球首張Intel Stratix 10 FPGA加速卡，采用Intel最新14nm工藝的Stratix10 GX2800 FPGA器件，單板支持12個200維雙精度線性方程求解，運算時間為466us，為x86系統(tǒng)60~120倍性能；單卡可以實現(xiàn)4500幀/S以上圖像分類（采用AlexNet卷積神經(jīng)網(wǎng)絡模型，int16）。

SC-OPS可以廣泛應用于數(shù)據(jù)中心、云計算、機器視覺、深度學習、高性能計算、仿真、金融等領(lǐng)域。

全球最高集成度VPX業(yè)務卡

SC-VPX是全球計算密度最高的VPX刀片加速平臺，采用Intel Stratix 10 GX2800器件，兼容GX1650，構(gòu)造業(yè)界先進、靈活、高效的信號處理和深度學習架構(gòu)，主要定位高校研究所等單位的雷達、通信、深度學習相關(guān)領(lǐng)域的產(chǎn)品原型快速搭建和算法開發(fā)與應用。

6U整機可以支持92T/50T FLOPS單精度浮點處理能力，整機可以通過交換板互聯(lián)構(gòu)筑更大的系統(tǒng)；支持OpenCL、Verilog開發(fā)，支持高性能計算庫。

RTL級深度學習加速庫

深度學習加速庫FDNN是國內(nèi)首個支持通用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡的FPGA加速庫，基于RTL級代碼，可以提供很高的性能和靈活配置特性。

參數(shù)可配置的深度學習基礎庫：卷積、池化、全連接、非線性函數(shù)；兼容CAFFE/TensorFlow模型數(shù)據(jù)；常見各種模型：VGG16, Lenet, YOLO, SSD, ResNet。

RTL級高性能數(shù)學加速庫

高性能計算加速庫FBLAS是業(yè)界更高性能的RTL級數(shù)學加速庫。參數(shù)可配的OpenBlas庫Level2/3：矩陣乘、矩陣分解、矩陣求逆，線性方程求解、微分方程求解，三角函數(shù)、非線性求解、超越函數(shù)，傅里葉變換。

FDNN是專門為深度學習設計的，F(xiàn)BLAS更多是偏向于數(shù)字信號處理和高性能計算。

三大解決方案

?深度學習加速解決方案-加速云推出一整套基于FPGA的深度學習加速方案，包括SC-OPM/SC-OPF/SC-OPS加速卡及FDNN加速庫，滿足客戶對深度學習高性能、靈活性加速要求。為了方便客戶使用高層語言開發(fā)，加速云提供基于FPGA完整的OpenCL異構(gòu)開發(fā)環(huán)境，快速實現(xiàn)用戶自定義的深度學習加速方案。同時加速云也提供快速深度神經(jīng)網(wǎng)絡定制加速服務。

?數(shù)字信號處理解決方案-針對雷達、通信等數(shù)字信號處理系統(tǒng)的要求，結(jié)合Intel最新14nm工藝的 Stratix10 FPGA系列，加速云提供了一套完整的硬件和軟件相結(jié)合的解決方案，實現(xiàn)了高性能矩陣運算（矩陣乘、轉(zhuǎn)置、求逆、QR分解）和超高速FFT(傅立葉變換)。為了方便客戶使用高層語言開發(fā)，加速云提供基于FPGA完整的OpenCL異構(gòu)開發(fā)環(huán)境，快速實現(xiàn)用戶自定義的信號處理加速方案。

?邊緣計算解決方案-加速云智能工控解決方案采用高性能Intel Arria10 GX660器件, 具有模塊化設計，強實時特性和高性能的算法IP加速、完整的OpenCL異構(gòu)開發(fā)環(huán)境，可以實現(xiàn)新一代高性能邊緣計算網(wǎng)關(guān)，應用于各種工業(yè)環(huán)境。

加速云最核心的競爭力在于其IP方面，除了用于數(shù)字信號處理和高性能計算的數(shù)學庫FBLAS，以及用于深度學習的FDNN庫，還具有很多接口類的IP（高速通信接口、視頻接口）、協(xié)議類IP（壓縮、解壓縮、加解密），研發(fā)團隊在FPGA方面有著十多年的經(jīng)驗，積累了很多相關(guān)的IP。

憑借自身在FPGA上的技術(shù)優(yōu)勢，加速云獲得合作伙伴的大力支持，可以率先拿到英特爾第一批流片的內(nèi)部測試芯片，對加速云保持技術(shù)領(lǐng)先非常重要。

北京站是加速云“加速新科技，驅(qū)動智未來” 科技峰會的首站，接下來加速云將在上海、成都、西安三大城市分享其最新成果。過去兩年，加速云平均每年都有獲得一次融資，據(jù)悉，第三輪融資正在達成。