FPGA和CPU助力数据中心实现图像处理应用体验与服务成本新平衡

图片逐渐成为互联网主要的内容构成，相应的图片处理需求也在高速成长，移动应用与用户生产内容（UGC）正在驱动数据中心图像处理的业务负载快速增加。本文深维科技联合创始人兼 CEO 樊平详细剖析了图片加速的必要性、当前实际的图片解决方案与部署方式以及如何通过 FPGA+CPU 异构计算的方案维护用户体验与服务成本新平衡。

1. 为什么需要图片加速？

目前，图片处理的需求正在快速成长，即源于用户生成内容，视频图片抓取等方式的图片缩略图生成，像素处理，图片转码、智能分析处理需求不断增加。众多应用迫切需要高性能，高性价比的图片处理解决方案。

在这种情况下，数据中心面临着一个核心的考验 -- 即用户体验与服务成本之间的平衡。总地来说，目前存在的纯 CPU 处理方案，TCO（服务器、电费、带宽、场地人员 成本）相对高昂，用户体验也相对较差。

2 . 解决方案

2.1. ThunderImage JPEG2JPEG 缩略图方案

鉴于此，深维科技推出了基于 FPGA+CPU 异构计算的解决方案 -JPEG2JPEG，通过高性能 FPGA 分担 CPU 处理任务，其所带来的优势是 20 倍吞吐性能提升，20 倍延迟的降低，5 倍实际成本的节省以及 10 倍的能效比提升。

JPEG2JPEG 缩略图方案是将用户上传的图片进行高质量的缩放，即可满足绝大多数应用场合需求，例如，微信接收的一般都是缩小后的图片。缩略图是一项大量的、高并发的需求，针对 4K 图像输入，输出缩放至 1024x768、640x480 的场景。目前，JPEG2JPEG 缩略图方案可以实现吞吐量 550 张、延迟约 58ms 的高性能效果。

2.2 . ThunderImage JPEG2WebP 转码方案

WebP 的需求主要来自于对带宽成本的节省。WebP 相较于 JPEG，在同等图像质量情况下，压缩率可以提升 25%~34%，相应的对带宽成本的节省更加明显，并且因为传输数据量的减少，延迟也会随之降低，进而带来用户体验的提升。但与此同时，WebP 也存在一项问题，其计算复杂度是 JPEG 的 10 倍，对服务器的性能要求也更高，进而造成部署成本的提升。

深维科技的 ThunderImage JPEG2WebP 转码方案，通过 FPGA 加速带来 10 倍左右的性能提升，进而降低 WebP 的复杂度及服务器成本。ThunderImage JPEG2WebP 转码方案支持 Baseline、Main、Ultra 几种类型，实现了对 WebP M4 以及 M6 模式的支持，并且支持了 M4 的比特级一致（与 CPU 参考软件输出结果每比特一致）。

审核编辑 黄昊宇