FPGA加速：面向财务风险分析和数据库加速的高性能解决方案

数据在源源不断产生，数据中心需要越来越多的存储设备承载数据，同时也要通过大量计算将无序的数据加以提取，形成有用信息，从而服务于人们的生活。面对海量的数据分析，只凭借CPU来进行大数据计算远远无法满足需求，因此设计人员想到为数据中心加速。一般加速分为两种，第一是基于ASIC的可以针对特定应用进行加速的专用加速器，另一种是可以降低用户运营和数据分析成本的通用加速器，FPGA适用于多种场景。

作为全球最大的数据中心供应商，如今英特尔在从PC公司转向以数据为中心的企业。为了更好地服务于数据中心业务，英特尔早在2015年就收购了Altera公司，让FPGA与CPU结合为客户提供更好的解决方案，在2017年英特尔大力推动了FPGA易用性。据英特尔公司可编程解决方案事业部亚太区市场拓展经理刘斌介绍，“体现在三方面：第一，推出基于英特尔 Arria 10 GX FPGA的英特尔可编程加速卡；第二，推出面向英特尔至强CPU和FPGA的加速堆栈；第三，加速器功能的生态系系统。”

加速堆栈：增强性能，化繁为简

如今的数据中心支持虚拟机，在云数据中心迁移时，考虑到基于FPGA的云储机和隔离问题，非常有必要和通用加速卡做成软件栈，支持云化卡。刘斌表示，“这样的软件堆栈的价值有三点：第一，为开发人员节省时间，比如像数学家、金融分析师等用户，不需要了解FPGA如何使用就可以完成自己的需求，可以专注于提高解决方案的独特价值；第二，因为FPGA是通用接口，从一个公有云到另一种公有云移植时，可以通过通用接口快速迁移，不需要做两套方案，用户可以复用代码；第三，支持开发商和生态系统更轻松地开发和部署英特尔 FPGA以优化工作负载。”

这套平台开发工具OPAE（开放可编程加速引擎）是开源的，开源的优势在于合作伙伴可以基于OPAE继续开发产品，就像苹果iOS生态系统一样，很多客户可以基于iOS开发自己的APP。另外，加速软件堆栈是免费的，客户可以从网上直接下载。总之，加速堆栈提供了一种软件开发环境，确保庞大的开发人员社区能够受益于 FPGA 的卓越性能和灵活性。未来这些软件平台会统一，在英特尔的软件平台上可以访问所有的软件平台。

英特尔的加速卡更有质量保证

关于数据中心加速，早在几年前就已经有人提出了异构形式，英特尔的FPGA和处理器的发展相一致，可编程加速卡堆栈和至强处理器相整合，加速卡会不断在英特尔工艺上进行升级。另外，加速卡是FPGA进入计算领域的一种形态，未来也有其它方式的产品。”

刘斌指出，“我们和加速卡厂商是合作伙伴，市场需要不停加热，客户需求会有差异性，我们不指望一种加速卡解决所有问题，但是我们给加速卡厂商优先的支持。目前看，市场上没有哪家公司在做堆栈能实现真正质量级的保证，我们将加速器和软件整合到一起，未来英特尔出加速卡会自己适配起来。”

现在，采用英特尔PAC的戴尔服务器已经大量上市，其中富士通支持重点客户使用；在常见的软件开发环境中提供通用硬件加速性能；面向财务风险分析和数据库加速的高性能解决方案。

英特尔给出两个案例：财务风险分析和加强数据库性能

财务风险分析

财务风险分析的主要挑战在于：数据量高达若干TB，计算密集型；模型持续演进，纯软件实现存在性能限制。通过PAC方案及加速软件堆栈，使Levyx公司的效率大幅度提升，相比传统spark实施，每符号算法加速提升850％，端到端期权交易模拟加速是过去的2倍以上。

数据库加速

以前的方案，ETL环节耗时，不能达到实时效果，从分析数据仓库到业务分析无法执行复杂的实时分析。通过FPGA加速可以完成两项关键计算：FPGA加速转换ETL和FPGA加速分析。结果显示，实时数据分析加速20倍，传统数据仓储加速2倍，存储压缩3倍，给最终用户数据库部署2－3倍。

除了这两种应用，FPGA加速还可以应用于人工智能、视频转码、网络安全、基因研究等领域，未来会继续探索。