百度發(fā)布XPU：AI云計(jì)算加速芯片（基于FPGA，256核心）

　　剛剛在加州Hot Chips大會(huì)上，百度發(fā)布XPU，這是一款256核、基于FPGA的云計(jì)算加速芯片。合作伙伴是賽思靈(Xilinx)。百度也在這次的大會(huì)上，透露了關(guān)于這款芯片的更多架構(gòu)方面的細(xì)節(jié)。

　　過去幾年，百度在深度學(xué)習(xí)領(lǐng)域，尤其是基于GPU的深度學(xué)習(xí)領(lǐng)域取得了不錯(cuò)的進(jìn)展。而且，百度也在開發(fā)被稱作XPU的新處理器。

　　百度研究員歐陽劍表示，百度設(shè)計(jì)的芯片架構(gòu)突出多樣性，著重于計(jì)算密集型、基于規(guī)則的任務(wù)，同時(shí)確保效率、性能和靈活性的最大化。今天，他在Hot Chips大會(huì)上與來自FPGA廠商Xilinx的人士一同發(fā)布了XPU。

　　△ 百度去年宣布采用Xilinx Kintex UltraScale FPGA加速數(shù)據(jù)中心的額機(jī)器學(xué)習(xí)應(yīng)用

　　XPU的目標(biāo)是在性能和效率之間實(shí)現(xiàn)平衡，并處理多樣化的計(jì)算任務(wù)。FPGA加速器本身很擅長(zhǎng)處理某些計(jì)算任務(wù)，但隨著許多小內(nèi)核交織在一起，多樣性程度將會(huì)上升。

　　歐陽劍表示：“FPGA是高效的，可以專注于特定計(jì)算任務(wù)，但缺乏可編程能力。傳統(tǒng)CPU擅長(zhǎng)通用計(jì)算任務(wù)，尤其是基于規(guī)則的計(jì)算任務(wù)，同時(shí)非常靈活。GPU瞄準(zhǔn)了并行計(jì)算，因此有很強(qiáng)大的性能。XPU則關(guān)注計(jì)算密集型、基于規(guī)則的多樣化計(jì)算任務(wù)，希望提高效率和性能，并帶來類似CPU的靈活性?！?/p>

　　目前XPU有所欠缺的仍是可編程能力，而這也是涉及FPGA時(shí)普遍存在的問題。到目前為止，XPU尚未提供編譯器。不過歐陽劍表示，該團(tuán)隊(duì)將會(huì)很快開發(fā)一款編譯器。

　　歐陽劍還表示為了支持矩陣、卷積，以及其他大大小小的內(nèi)核，我們需要一個(gè)配備高帶寬低延時(shí)內(nèi)存，以及高帶寬I/O接口的大型數(shù)學(xué)陣列。FPGA中XPU的DSP單元提供了并行處理能力，片外DDR4和HBM接口優(yōu)化了數(shù)據(jù)傳輸，而片上SRAM則提供了必要的存儲(chǔ)特性。

　　在Micro Benchmark測(cè)試中，對(duì)于計(jì)算密集型、常規(guī)內(nèi)存訪問的計(jì)算任務(wù)，XPU的效率與x86內(nèi)核類似。對(duì)于數(shù)據(jù)同步的計(jì)算任務(wù)，XPU的可擴(kuò)展性應(yīng)當(dāng)可以進(jìn)一步優(yōu)化。而對(duì)于沒有數(shù)據(jù)同步的計(jì)算任務(wù)，XPU的可擴(kuò)展性與核心數(shù)量呈線性關(guān)系。

　　這就是問題所在。如前所述，XPU仍然沒有配備編譯器。這款處理器在FPGA上實(shí)現(xiàn)，通過訂制的邏輯電路提供指令。這些小核心類似于CPU，開發(fā)者只能使用匯編語言，而所有的執(zhí)行都由主機(jī)來控制。整個(gè)流程包括拆分計(jì)算任務(wù)，編寫XPU代碼，調(diào)用專用的邏輯函數(shù)，從而在Linux平臺(tái)上進(jìn)行編譯和運(yùn)行。

　　△ XPU具有256個(gè)內(nèi)核，集成了一個(gè)共享內(nèi)存用于數(shù)據(jù)同步。所有內(nèi)核都運(yùn)行在600MHz。

　　歐陽劍稱：“在百度，我們使用FPGA已有多年時(shí)間。我們的數(shù)據(jù)中心、云計(jì)算平臺(tái)和自動(dòng)駕駛項(xiàng)目中有大量FPGA。我們非常了解FPGA的優(yōu)缺點(diǎn)，以及如何優(yōu)化。憑借XPU的大型核心，我們專注于多樣化的計(jì)算任務(wù)?！?/p>

　　去年有媒體報(bào)道了基于百度深度學(xué)習(xí)SDA的SQL加速器。當(dāng)時(shí)的數(shù)據(jù)流基于SA架構(gòu)。根據(jù)歐陽劍的描述，這也是XPU內(nèi)存帶寬和延時(shí)優(yōu)勢(shì)的核心。

　　歐陽劍同時(shí)展示了今年完成的一些benchmark測(cè)試，但信息非常粗略。不過，這只是百度第一次公開展示XPU。

　　如果XPU被證明可以用于AI、數(shù)據(jù)分析、云計(jì)算和無人駕駛，那么百度可能需要用ASIC技術(shù)去開發(fā)XPU。