電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（文/黃晶晶）日前，AMD推出Alveo V80加速卡，Versal FPGA自適應(yīng)SoC搭配HBM，可處理計算以及內(nèi)存密集型的工作負載，用于高性能計算、數(shù)據(jù)分析、金融科技、存儲壓縮等等。

突破網(wǎng)絡(luò)訪問和內(nèi)存的瓶頸

此次Alveo V80為何采用HBM高速內(nèi)存，AMD 自適應(yīng)和嵌入式計算事業(yè)部（ AECG ）高級產(chǎn)品線經(jīng)理Shyam Chander分析，在傳統(tǒng)的處理器架構(gòu)中，無論是存儲器還是網(wǎng)絡(luò)訪問都容易形成瓶頸。網(wǎng)絡(luò)接口只支持25G、100G，內(nèi)存采用DDR而FPGA的帶寬遠高于內(nèi)存提供的帶寬。



那么Alveo V80針對于這兩個問題進行了優(yōu)化，帶來顯著的性能提升。內(nèi)存采用高帶寬存儲器HBM2e，提供820 GB/s 的存儲器帶寬，容量達32GB。網(wǎng)絡(luò)訪問上采用QSFP56光纖模塊可以支持從10G到800G的帶寬，支持4X200G，以及4X10G/25G/40G/50G等不同工作模式。



這款加速卡采用全高、3/4 長（ FH?L ）尺寸規(guī)格，由 AMD Versal HBM 自適應(yīng) SoC 提供支持，具備 2,600,000 個 LUT 邏輯單元的 FPGA 架構(gòu)、10,848 個 DSP 計算邏輯片以及 820 GB/s 的存儲器帶寬。



與前代產(chǎn)品 AMD Alveo U55C 計算加速卡相比，Alveo V80 的邏輯密度至高翻倍、存儲器帶寬至高翻倍且網(wǎng)絡(luò)帶寬可高至 4 倍，可以實現(xiàn)強大的計算集群，同時還能優(yōu)化卡、服務(wù)器數(shù)量以及機架空間。



Alveo V80還配有32GB DDR DIMM擴展插槽，MCIO擴展端口可直連NVMe驅(qū)動器，實現(xiàn)存儲卡的連接。系統(tǒng)連接總線支持PCIe 5.0接口，可達64GB/秒傳輸速率。整卡功率300W，采用被動散熱，總熱設(shè)計功耗TDP則取決于器件和服務(wù)器。

V80集成高帶寬網(wǎng)絡(luò)核心600G以太網(wǎng)和400G加密引擎，硬化基礎(chǔ)設(shè)施連接包括DDR控制器、支持DMA的PCIe 5.0、可編程片上網(wǎng)絡(luò)。Shyam Chander表示，基于這些硬化的功能，用戶沒有必要使用軟性的IP進行部署。



通常來說，傳統(tǒng)的加速卡（如GPU）要與CPU進行連接，這會限制能夠使用的加速卡的數(shù)量。但是V80能夠避開CPU到加速卡的PCle瓶頸、低時延處理傳入的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，消除分立式網(wǎng)絡(luò)接口卡、實現(xiàn)每服務(wù)器的卡數(shù)和計算密度最大化。同時，按照需求以網(wǎng)絡(luò)限速的方式管理傳入的數(shù)據(jù)，包括在線加密、數(shù)據(jù)包監(jiān)控、傳感器處理等等。

傳統(tǒng)架構(gòu)是固定的緩存層次用于數(shù)據(jù)的讀取和寫入，不規(guī)則的訪問模式會降低效率。而V80的自適應(yīng)計算，擁有靈活的架構(gòu)，在計算附近分配內(nèi)存，從而降低延遲和低功耗，并可以靈活適應(yīng)自定義的數(shù)據(jù)類型和數(shù)據(jù)遷移。

AMD同時提供設(shè)計示例AVED，可在GitHub上獲取，以及用戶可繼續(xù)使用 Vivado設(shè)計套件，從而硬件開發(fā)者能夠更快地上手，助其縮短開發(fā)上市時間。

大規(guī)模加速內(nèi)存密集型工作負載

Alveo V80加速卡可以應(yīng)對很多大數(shù)據(jù)工作負載，包括高性能計算，包括基因組學和傳感器處理、數(shù)據(jù)分析（像欺詐檢測）；金融科技，包括風險分析和算法交易；還有網(wǎng)絡(luò)安全，像數(shù)據(jù)包監(jiān)控；存儲壓縮，這是一個非常關(guān)鍵的工作負載。另外在AI計算領(lǐng)域，包括推薦引擎和大語言模型等等。因此可以幫助客戶大規(guī)模加速以上工作負載，可以加快數(shù)據(jù)處理的速度，同時還能夠進行實時的洞見和分析。



以傳感器處理為例，聯(lián)邦科學與工業(yè)研究組織（ CSIRO ）是澳大利亞的國立研究組織，其參與建造了世界上最大的射電天文學天線陣列，該天線陣列目前包含 420 張 Alveo U55C 加速器卡用于處理無線電波，以研究早期宇宙并探索星系演化。

CSIRO計劃借助 Alveo V80 加速卡縮減占板面積與成本，并將所需加速卡的數(shù)量精簡多達 66%，同時應(yīng)對來自望遠鏡 131,000 個天線的新信號處理任務(wù)。考慮到卡、服務(wù)器、機架空間和功耗的潛在減少，每卡算力的躍升預(yù)計可帶來至高 20% 總擁有成本（ TCO ）下降。



還有具備壓縮與數(shù)據(jù)分析功能的服務(wù)器存儲節(jié)點的例子，通過Alveo V80進行壓縮，利用FPGA架構(gòu)和AMD壓縮IP可擴展存儲節(jié)點，并可解壓縮，查詢加速等。



從總擁有成本的角度來分析，比如10Pb數(shù)據(jù)存儲，沒有壓縮時需要55臺服務(wù)器，1303個SSD驅(qū)動器，每年約427千瓦時的功耗。如果進行壓縮，同樣10Pb數(shù)據(jù)，只需要21臺服務(wù)器，504個SSD驅(qū)動器，每年約233千瓦時，使用42張AMD Alveo V80卡進行壓縮，總擁有成本三年以上至高可以達到56%的降低，而且服務(wù)器的數(shù)量、服務(wù)器成本以及功耗也都有非常顯著的降低。



小結(jié)：

市面上加速卡也有GPU、ASIC等，但這些加速卡各有所長。Shyam Chander表示，相較而言GPU擅長浮點、并聯(lián)、定點，F(xiàn)PGA擅長線上訪問的實時處理，而且低時延、靈活應(yīng)變，有非常豐富的存儲器架構(gòu)資源。AMD Alveo系列產(chǎn)品主要針對內(nèi)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)、實時處理比如傳感器的實時處理、金融科技的需求，他們的訴求點在于低時延和靈活應(yīng)變，F(xiàn)PGA的自適應(yīng)SoC就是極好的解決方案。

另外，HBM的價格雖然高于DDR，但是如果能夠正確地配置FPGA資源，最終就能實現(xiàn)高性價比的競爭優(yōu)勢。在產(chǎn)品路線上，全面看待工作負載方面的要求，也在考慮引入HBM3等存儲。