Теперь, когда Dell EMC и Fujitsu стали поставлять готовые серверы с платами Intel Arria 10 GX Programmable Acceleration Card предприятиям будет проще воспользоваться возможностями, предоставляемыми программируемыми логическими матрицами (FPGA) корпорации Intel.
В Dell начали устанавливать платы программируемых ускорителей с FPGA-чипами Intel Arria 10 GX в свои серверы PowerEdge R640, R740 и R740XD, а Fujitsu уже сейчас готова предоставить серверы Primergy RX2540 M4 с уже установленными в них платами избранным клиентам.
Микросхемы FPGA предназначены для удовлетворения совместно с процессорами Intel Xeon повышенных требований к интенсивной обработке данных.
Можно говорить о переходе к очередному этапу развития, поскольку до сих пор чипы FPGA (field-programmable gate array) не находили широкого применения в серверах, ориентированных на корпоративные ЦОД.
«Все это является частью новой стратегии обеспечения доступа широкого круга пользователей к ускорителям на базе FPGA», – подчеркнула вице-президент Intel Programmable Solutions Group по маркетингу Райнетт Ау.
Адаптация FPGA к конкретным задачам
FPGA можно запрограммировать уже после их выпуска, с тем чтобы они играли роль специализированных ускорителей при решении различных задач. Соответствующее оборудование все чаще находят применение там, где требуется параллельная обработка – в сфере машинного обучения и геномики, при выполнении финансовых приложений и перекодировании видео. Задачи такого рода, как правило, возникают в отраслях, для которых характерен взрывообразный рост данных, и предприятиям, вынужденным обрабатывать эти данные, развертывание серверов с FPGA сулит немалую выгоду.
При решении аналогичных задач применяются и графические процессоры, которым также присущ высокий уровень параллельной обработки. Но микросхемы FPGA можно полностью адаптировать к конкретной рабочей нагрузке. В этом случае разработчики просто отключают неиспользуемые элементы, что позволяет уменьшить энергопотребление.
FPGA используются главным образом госсектором и научными учреждениями, а также гигантами производственной и технологической отраслей наподобие Microsoft, которые предъявляют особые требования к интенсивной обработке данных и обладают достаточными средствами для закупки серверов со встроенными ускорителями.
Чипы FPGA предъявляют дополнительные требования и к программистам. На протяжении многих лет настройка FPGA осуществлялась средствами языка Hardware Description Language в отличие от других микросхем, где применялись языки высокого уровня.
Программные барьеры
«FPGA долгое время не получали широкого распространения, потому что программировать их было труднее, чем центральные процессоры, а предназначенные для этого инструменты уступали в зрелости инструментам для графических процессоров», – пояснил основатель компании Moor Insights and Strategy Патрик Мурхед.
Но в последние годы производители FPGA инвестировали большие деньги в создание дополняющего их чипы программного стека. Для плат Arria 10 GX, например, Intel предлагает FPGA SDK for OpenCL, программное обеспечение Quartus Prime Pro Edition и Acceleration Stack for Intel Xeon CPU with FPGA.
«Мы обращаемся к глобальному сообществу разработчиков программного обеспечения, предлагая им программный стек, облегчающий программирование FPGA, – указала Ау. – Таким образом, барьеры на пути к применению FPGA при решении широкого спектра массовых приложений существенно снижаются».
Тем не менее, для программирования FPGA разработчикам по-прежнему нужны специальные знания, которые отличаются от навыков программирования центральных процессоров. Чтобы ускорить внедрение своего оборудования на предприятиях, не имеющих специалистов такого уровня, Intel привлекает независимых разработчиков, которые создают готовые стеки для решения конкретных задач.
После выпуска плат ускорителей для серверов Fujitsu и Dell в Intel рассказали о работе, которая уже проделана их партнерами. Компания Levyx, специализирующуюся на приложениях больших данных, сообщила, что серверы Dell R640 с платами Arria 10 FX FPGA обеспечивают двукратное ускорение моделирования торговых операций с ценными бумагами по сравнению с традиционными решениями Spark.
Компания Swarm64, разрабатывающая системы реляционных баз данных, использует сервер Dell R640 с Arria 10 GX FPGA и ОС CentOS 7.4 для ускорения анализа данных. В отличие от системы Levyx в этом сервере установлен другой процессор Xeon.
Серверы Fujitsu и Dell с платами Arria 10 GX помимо CentOS 7.4 испытываются также с операционной системой Red Hat Enterprise Linux 7.4.
Семейство FPGA Arria досталось Intel после покупки в декабре 2015 года компании Altera за 16,7 млрд долл. Помимо всех прочих продуктов команда Altera разработала и более новое семейство FPGA Stratix. Корпорация Intel рассматривает возможность перспективного применения плат Stratix в серверах уровня предприятия. Продукты Stratix 10 выпускаются по 14-нанометровому технологическому процессу Tri-Gate, тогда как Arria 10 (а также Cyclone 10) изготавливаются на основе планарного 20-нанометрового процесса TSMC.
Стек Xilinx
Компания Xilinx, основной конкурент Altera, также разрабатывает программный стек для собственных семейств продуктов FPGA. Недавно она анонсировала новую категорию программируемых микросхем Adaptive Compute Acceleration Platform (ACAP). Разработчики могут программировать ACAP с использованием стандартных инструментов Си/C++, OpenCL и Python.
При принятии решения о том, подходят ли чипы FPGA или графические процессоры для решения конкретной задачи, и что лучше выбрать: FPGA-чипы Intel или Xilinx, системные инженеры внимательно изучают доступные инструменты, с которыми им придется иметь дело.
«При рассмотрении данных задач любой из этих продуктов имеет шансы стать потенциальным победителем, – указал Мурхед. – Лично мне кажется, что речь идет прежде всего о том, кто построит всеобъемлющую экосистему быстрее».
