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从事网络通信软件和开发管理开发多年,了解各类软件系统的架构、设计、开发和测试以及相应的开发方法。工作之余,喜欢研究一些自己感兴趣的事情,包括写写小程序、做做木工、看看连续剧、读读军事杂志、养鱼种花等等

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下一代计算设备CPU/GPU/FPGA:FPGA规模商用还需时日  

2014-10-04 15:46:36|  分类: IT技术 |  标签: |举报 |字号 订阅

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最近和一个单位技术交流,得知最近FPGA忽然非常火,据说去年的出货量增加一倍,微软在Bing内部也部署了1000多节点的测试环境,据说测试结果表明可以减少50%的计算节点,单机成本增加30%左右,因此还是省钱了。同时百度、腾讯、谷歌也都有尝试FPGA的计划。据说吸引投资方的两个重要问题是:1.CPU收到量子效应的影响,集成度难以提高2.GPU能耗太高。

在学校期间曾经做过8位机,当时承担角色是设计运算逻辑,基本上就是门电路设计,为了放到金钟GAL里面,费了老鼻子劲,后来还烧坏了一批GAL。GAL之后是CPLD,支持更多的可编程门电路。同时另外一个技术分支就是FPGA,这个玩意工作原理类似,和CPLD的主要区别是FPGA基于查找表(LUT)实现了大规模状态机电路,而CPLD由大量门电路构成。因此CPLD适用于组合逻辑应用,而FPGA更适合于类似CPU的工作

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学术界在2010年前后发表了不少FPGA的研究论文,总体结论是GPU的性能占优,开发容易,FPGA开发复杂,在部分领域可能占优,但是需要社区来大力推动。工业界近期开始利用FPGA做一些产品化工作,但是主要还是集中在网络设备,在计算设备方面,有些厂商在研究FPGA在产品和服务中的应用,但是并未有大规模商用案例。个人预计在固定计算模式的产品方面会有较多一体化设备使用FPGA,但是在服务方面,FPGA目前还不成熟。

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学术界:有一些研究和基准测试

一、2013年,Egil Fykse硕士论文测试比较DSP、GPU和FPGA(注:测试的内容不是很充分)

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综合比较了性价比,总体来说价格不好比较,同样作业FPGA能耗大大低于GPU,开发能力方面GPU大大优于FPGA,性能方面GPU占优

二、2013年Mathworks的Christopher Cullinan等人对CPU、GPU和FPGA进行性能测试

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FFT的性能测试,GPU有1000倍左右的性能优势,但是如果考虑数据传输时间,则GPU变成69ms,变成了最慢的,而FPGA变成最快的。其他的测试也表明,GPU的性能主要在数据传输方面

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其他三种算法的测试,GPU对比CPU有一些优势,最大3~100倍左右

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三、2010年David H. Jones等人发表论文比较GPU和FPGA的性能,HPC领域

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伪随机数生成,GPU和FPGA相当(唯一一个相当的例子),64位矩阵相乘,GPU优于FPGA

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N-bady仿真,GPU显著优于FPGA。最终的结论是,如果不能通过开源优化算法,FPGA只能用于特定的计算领域。一个证据是Cray系统已经放弃FPGA而是用GPU

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工业界:在FPGA方面的进展并没有什么商用案例,微软Bing案例是一个最大的试点系统,其他就很不清楚了

一、微软Bing案例

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Putnam介绍了在Bing做的原型项目中(离线计算搜索词排名,并行系统),使用1632个服务器,每台服务器使用一个PCIe的FPGA卡,增加单台服务器成本不到30%,但是提升吞吐率100%。即传说可以节约50%服务器的由来。主要问题是难以开发应用程序,需要高级语言的支持。同时开发流程也非常慢。貌似由于系统基于Windows,而设备的Windows驱动也是个问题。

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二、百度案例

开发了FPGA的板子,据说用于至少10个底层任务的优化,据说在性能/功耗/成本方面由于GPU和CPU。百度的FPGA架构师(欧阳健)原来在微软研究院做FPGA方面的研究工作,Putnam的团队。

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三、Google案例

Jonathan Ross在FPGA 2014大会上主要讲了Google对FPGA的一些态度,一方面存在计算需求,但是FPGA目前存在很多问题,如不开源、不成熟、许可费、支持差等问题。看来Google并未开始什么商用。

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四、Oracle和IBM案例

Oracle打算利用FPGA优化数据库,目前停留在Lab状态。IBM还在忽悠

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  1. Programmable logic device
  2. Performance Comparison of GPU, DSP and FPGA implementations of image processing and computer vision? algorithms in embedded systems
  3. Computing Performance Benchmarks among CPU, GPU, and FPGA
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