撬动数据中心蓝海，加速AI应用——FPGA繁荣启示

就像自然界的适者生存一样，在数字世界灵活应变的系统才是最可持续的。
——今天的Xilinx，一定很庆幸几年前的平台化转型策略。

日前，Xilinx开发者大会（XDF）亚洲站在国家会议中心举办，这是XDF全球三站规模最大的一站，也是Xilinx在中国规模空前的一场开发者大会，超过两千名开发者参与。两天时间内，举办了75场报告与Lab培训，近100个方案演示，100+全球专家出席……偌大的国家会议中心，馆外彩旗招展，馆内熙熙攘攘，演讲、讨论气氛热烈，展台交流热火朝天……


如此繁荣的生态景象，对于盛行举办生态大会的科技界，也许不足为奇。但是如果把时间轴再拉回十几年，FPGA的标签总是摆脱不了“门槛高”、“成本高”……，几乎是半导体界阳春白雪一样的存在。

随着全球通信市场的发展壮大，FPGA以“万金油”的优势开始发挥价值，逐渐成为数字系统中的通用组件。今天，FPGA已经在数据中心占据日益重要的地位；而随着5G、AI等发展，FPGA在推动创新方面的优势也越来越显著；再从生态建设来看，Xilinx作为一家体量并非巨大的公司，所构建的生态系统、所联合的产业资源越来越庞大。

这一切，不仅仅是先进技术在开花结果，也是战略成果的丰盈时刻。

Xilinx平台化转型年度标志性事件

Xilinx总裁兼CEO Victor Peng在XDF上分享了公司今年所取得的重大成就，三大标志性事件包括：

第一，Alveo加速器卡面世。去年XDF上Xilinx宣布该产品，一年多的时间，为满足用户对算力、尺寸、内存带宽及成本的不同需求，陆续推出U50、U200、U250和U280四大产品系列，用于提升云端和本地数据中心服务器的性能。借助Alveo加速器卡，客户在运行实时机器学习推断以及视频处理、基因组分析、数据分析等关键的数据中心应用时，能够以更低的时延实现性能的突破性提升。

第二，自适应计算加速平台 Versal ACAP于今年6月份宣布开始出货。用Victor的话来说，“这是Xilinx多年软硬件投资及过去 35 年产品架构全部知识的积累，是一项重大的技术突破，将面向所有应用和各种开发者开启一个异构计算加速的新时代。”Versal作为一个高度集成的多核异构计算平台，可在软硬件两个层面随时进行更改，能够动态地适应数据中心、汽车、5G 无线、有线以及国防市场的广泛应用与工作负载需求。Xilinx超越FPGA成为一家平台供应商，Versal功不可没。

第三，Vitis 统一软件平台的发布，该平台可以根据软件或算法代码自动适配和使用Xilinx硬件架构，将用户从繁杂的硬件专业知识中解放出来。该平台将使得软件工程师、AI科学家等更广泛的开发人员都能够受益于灵活应变硬件加速的优势。而对于硬件开发者来说，Vitis可以通过软硬件工程师在同一工具平台上的协作，显著提升工作效率。这是Xilinx首次推出一个软件和硬件设计“大一统”的开发工具平台，也是Xilinx从器件向平台企业战略转型的里程碑产品之一。

面对即将到来的数据爆发时代，如何依靠强大算力将海量无序的数据加以提取，形成有用信息给客户带来价值——是赛灵思近年来不断思考的问题。 “数据中心优先、加速核心市场发展、驱动自适应计算，”Victor用三大战略给出了答案。

数据中心优先战略和融合发展

根据IDC预测，从2018年至2025年，全球每年被创建、采集或复制的数据将增长5倍以上，预计将从2018年的32ZB增至2025年的175ZB，而中国将于2025年以48.6ZB的数据量及27.8%的占比，成为全球最大的数据汇集地。无论是公有云、私有云还是混合云，面对无止境的数据增长，都希望能够大幅提升数据中心的利用率、性能和能效，降低运营成本和总成本。一场现代数据中心的升级转型势在必行。

Xilinx执行副总裁兼DCG事业部总经理 Salil Raje表示，“数据中心优先”战略共包括三个层面：一是计算，二是网络，三是存储。其中计算市场最大，2025年将达到70-80亿美元的总体规模。

Salil认为Xilinx灵活应变的高性能计算、存储和网络加速自适应计算加速平台，正在加速驱动数据中心的升级转型。Xilinx在数据中心的自信主要源于三方面原因：一是产品的自适应能力，由于是硬件可编程，可以根据应用，针对不同的工作负载，对内存、精度等进行定制化；二是FPGA的带宽处理能力，数据流入即可实时处理，而不用等数据转移到SSD或其它存储器件上；三是小巧的硬件外形，灵活且节省空间。

目前在数据中心领域，采用FPGA的加速卡解决方案已经在FaaS云平台、无人驾驶、视频渲染加速、证券分析加速等多个应用场景落地应用。

浪潮服务器在中国市场出货量和销售额排名第一。基于Xilinx的产品，浪潮推出内嵌HBM2高带宽存储的FPGA加速卡F37X，面向智慧城市领域的多通道视频AI加速卡F07V，集成RDMA的高性能网络、低延迟计算卸载的智能网卡N10X等多款高性能FPGA加速设备。

FPGA过去在IT生命周期中只是阶段性需求，但是随着硬件重构加软件定义等特性的演变，已经成为整个IT生命周期中长期、持续的需求。浪潮集团高级副总裁彭震在演讲中提到，融合发展正在引发数据中心新一轮变革，计算、存储和网络的模块融合，软硬件一体化的平台融合，IT、CT和OT的跨技术融合，以及“互联网+”、“物联网+”与“智能+”的跨产业融合，对计算范式的灵活性和计算架构的开放性均带来新的挑战。

在数据中心融合发展的趋势下，通过硬件重构+软件定义的融合架构，实现敏捷、可重构、高性能功耗比的可定制计算将是未来数据中心创新的重要解决之道。浪潮希望能与Xilinx深入合作，在云、AI加速、存储加速方面等引领更多创新。

据了解，Xilinx在数据中心的生态系统仍在不断丰富中，目前主要包括Alveo生态系统和ISV（独立软件提供商）生态系统。Xilinx已经开始与众多知名服务器 OEM 提供商携手Alveo 加速，培训企业及学术界用户达7000 多人，加入赛灵思加速器计划的合作伙伴已经达800 多家，应用发布近100 个。

迎接计算变革，Vitis AI助力推断提速

三大趋势正在驱动计算变革：

首先是异构计算。随着计算向多元化发展，越来越多的场景引入多种不同计算单元来进行加速计算，异构计算应运而生。

其次是从云到边缘。以前大量计算都放云端，随着带宽、安全需求以及边缘侧算力的提升，数据的处理方式在产生变化，需要适配不同场景下的计算需求。

第三是AI激增。一方面是数据量的增加，另一方面是数据形态的巨大变化。未来数据将包括越来越多的音视频、社交等非结构化数据，以及联网汽车数据、神经网络数据等。

Xilinx软件与 AI 产品市场营销副总裁Ramine Roane（罗明）在媒体见面会上表示，“所有的硬件和计算都应该是自适应的需求，这点得到越来越多行业的认可。”

应对上述三大趋势带来的挑战，Xilinx于今年10月推出Vitis统一软件平台，它把AI和传统软件开发统一起来，把终端计算、边缘计算、云计算统一起来，把不同的架构统一起来，并使它们可以使用统一的语言进行加速。开发者无需硬件专业技术，就能根据软件或算法代码自动定制Xilinx硬件架构。

XDF上，Xilinx正式宣布人工智能推断开发软件平台Vitis AI开放免费下载，便于更多开发者体验从边缘到云的AI和深度学习推断加速度。与 Vitis 统一软件平台相结合，利用其异构系统集成和加速能力，Vitis AI可以帮助开发者在Xilinx嵌入式SoC平台和Alveo平台上实现端到端的全应用加速，实现数十倍的性能提升。

为了满足AI应用多样性的趋势和适应AI创新的速度，Vitis AI可提供多种深度学习处理单元 ( DPU ) ，实现基于AI模型和任务的硬件自适应，而无需重新流片；Vitis AI支持Tensorflow和Caffe等业界流行框架的快速部署，从量化、编译到硬件集成，仅需几分钟时间。

罗明表示，使用标准的环境与API、拥抱开源、软硬件协同作战——是未来软硬件关系的三大方向。Xilinx完全将集成的开发环境免费提供给用户，让他们将Vitis AI无缝集成在自己的开发环境中。这与过去用户自己设计开发环境，背后调用Xilinx的编译器和调试工具有很大的不同，更有利于软件开发人员在自适应的开发平台上释放创新力。

后记

数据中心加速市场正在迅速成长。据Research And Markets相关数据显示，从2018年到2023年，数据中心加速器市场将从28.4亿美元增长到211.9亿美元，年复合增长率(CAGR)为49.47%。其中，FPGA预计将会是年复合增长率最高的细分市场，该增长将由企业级工作负载加速应用对FPGA越来越多的采用而驱动。新的架构正在数据中心产生及应用，这是FPGA所面临的蓝海。

不过，数据中心优先，并不意味着Xilinx会缺席其他主流市场。正如三大战略中的“加速核心市场发展”，在汽车、无线基础设施、有线通信、音视频与广播、航空航天、工业、科学与医疗、测试测量与仿真等主流领域，Xilinx拥有深厚的市场根基并致力于成为关键技术的引领者。

把计算加速应用推向更广泛的新领域，打造灵活应变的系统，FPGA及自适应计算平台大有可为，且任重道远。

正如Victor所强调，Xilinx的最终目标是：打造灵活应变，万物智能的世界。