賽靈思CEO：三大戰(zhàn)略成效顯著，自適應(yīng)計(jì)算架構(gòu)可應(yīng)對(duì)萬花筒般的創(chuàng)新

2019年12月，第3屆賽靈思開發(fā)者大會(huì)（XDF）亞洲站在北京盛大舉行，賽靈思總裁兼CEO（首席執(zhí)行官）Victor Peng稱三大戰(zhàn)略成效顯著，例如數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)，在2019年9月結(jié)束的最新的一個(gè)季度，業(yè)務(wù)同比增長(zhǎng)24%；核心業(yè)務(wù)之一的汽車業(yè)，在ADAS領(lǐng)域出貨超6700萬片；平臺(tái)轉(zhuǎn)型方面，硬件的Versal（采用自適應(yīng)計(jì)算架構(gòu)）樣片已經(jīng)推出，并出爐了4款A(yù)lveo加速器卡；軟件方面祭出了統(tǒng)一開發(fā)平臺(tái)Vitis。

數(shù)據(jù)中心的發(fā)展趨勢(shì)是什么？賽靈思的芯片、加速卡和軟件是如何應(yīng)對(duì)千變?nèi)f化的創(chuàng)新應(yīng)用的？

Victor Peng稱，賽靈思的目標(biāo)是“打造靈活應(yīng)變、萬物智能世界”。為此，公司有三大戰(zhàn)略：①數(shù)據(jù)中心優(yōu)先；②加速核心市場(chǎng)發(fā)展；③驅(qū)動(dòng)自適應(yīng)計(jì)算。歸根結(jié)蒂，三大戰(zhàn)略都是讓更多的軟件和硬件開發(fā)者能使用并受益于賽靈思強(qiáng)大的自適應(yīng)平臺(tái)。

1 數(shù)據(jù)中心迎來顛覆性變革

爆炸性增長(zhǎng)的數(shù)據(jù)帶來了數(shù)據(jù)中心顛覆性的變革：需要高吞吐量的性能，極低的延時(shí)，同時(shí)要面對(duì)摩爾定律消亡帶來的性能提升瓶頸。圖靈獎(jiǎng)得主John Hennessy 和Dave Patterson 最近都提到，架構(gòu)創(chuàng)新已經(jīng)進(jìn)入到了一個(gè)新的黃金時(shí)代。因?yàn)閭鹘y(tǒng)架構(gòu)對(duì)于現(xiàn)在的任務(wù)應(yīng)用已經(jīng)應(yīng)付不了，行業(yè)亟需架構(gòu)的創(chuàng)新。為此，賽靈思的產(chǎn)品和平臺(tái)在領(lǐng)域特定結(jié)構(gòu)、異構(gòu)計(jì)算加速、近網(wǎng)絡(luò)計(jì)算和近存儲(chǔ)數(shù)據(jù)方面實(shí)現(xiàn)了創(chuàng)新。

賽靈思的數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)發(fā)展強(qiáng)勁，在2019年9月結(jié)束的最新的一個(gè)季度，業(yè)務(wù)同比增長(zhǎng)24%，季度增長(zhǎng)92%。實(shí)際上，賽靈思在數(shù)據(jù)中心的量產(chǎn)部署還處于非常早期的階段，這種增長(zhǎng)反映了自適應(yīng)計(jì)算優(yōu)勢(shì)的開啟。

1.1 打造生態(tài)系統(tǒng)

賽靈思的生態(tài)系統(tǒng)發(fā)展很快，主要的OEM（原廠）像戴爾、HP、浪潮等已經(jīng)建立基于賽靈思Alveo加速器卡的系統(tǒng)了，還有業(yè)界領(lǐng)先的經(jīng)銷商也已經(jīng)加入賽靈思的生態(tài)系統(tǒng)，例如Clolfax, Ingram。在軟件生態(tài)系統(tǒng)方面，有越來越多的做視頻、數(shù)據(jù)分析、機(jī)器學(xué)習(xí)、生命科學(xué)、金融等的獨(dú)立軟件提供商（ISV）與賽靈思合作。目前，賽靈思已經(jīng)培訓(xùn)工業(yè)界及學(xué)術(shù)界7千多名開發(fā)人員，約有800多個(gè)加速器合作伙伴，而且有95個(gè)發(fā)布的應(yīng)用。

1.2 加速計(jì)算、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)

從計(jì)算加速和傳統(tǒng)CPU比較的例子可見，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心服務(wù)器有1個(gè)CPU連接網(wǎng)絡(luò)，通過NIC（網(wǎng)絡(luò)接口控制器）和PCIe連接到存儲(chǔ)設(shè)備。而當(dāng)CPU 擁有賽靈思FPGA，以及很快即將推出的賽靈思Versal ACAP（自適應(yīng)計(jì)算加速平臺(tái)）的加速，將會(huì)實(shí)現(xiàn)速度的巨大提升（如下圖）。

例如生命科學(xué)公司lllumina，它在基因組分析應(yīng)用上提速了90倍。Aupera公司每單元每瓦特的性能提升了33倍，換句話，1個(gè)Aupera產(chǎn)品相當(dāng)于30多個(gè)服務(wù)器。

然而，計(jì)算加速并不是賽靈思在數(shù)據(jù)中心唯一發(fā)揮作用的地方。在存儲(chǔ)加速領(lǐng)域，賽靈思也在廣泛部署，已經(jīng)和IBM、美光、三星等開展了合作，部署加速存儲(chǔ)和計(jì)算存儲(chǔ)，從而可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)在最近的地方處理。眾所周知，很多地方的數(shù)據(jù)增長(zhǎng)是呈指數(shù)級(jí)的，存儲(chǔ)和搜索的響應(yīng)是非常關(guān)鍵的，賽靈思的產(chǎn)品也可以加速。具體地，可以加速壓縮/解壓縮、解密。賽靈思單一的加速器可以把加速性能提升4倍（如下圖），而且是非常線性的。

另外，賽靈思也提供網(wǎng)絡(luò)加速（如下圖），例如在SmartNIC行業(yè)剛剛開始采用網(wǎng)絡(luò)加速的領(lǐng)域。SmartNIC可以通過移除惡意數(shù)據(jù)包提供更好的安全性，并通過將網(wǎng)絡(luò)堆棧從CPU卸載到SmartNIC來加速數(shù)據(jù)包處理。這不僅打破了網(wǎng)絡(luò)性能瓶頸，而且縮短了CPU應(yīng)用執(zhí)行的周期，從而提高了TCO（總擁有成本）。

對(duì)于雙插槽DC（數(shù)據(jù)中心）服務(wù)器，使用基于賽靈思的智能網(wǎng)卡，數(shù)據(jù)吞吐量加快了3~6倍，CPU利用率提高了1.5倍。賽靈思芯片是軟硬件可編程的，因此可實(shí)現(xiàn)用1個(gè)開發(fā)板，定制化地滿足不同客戶部署的需求。

1.3 數(shù)據(jù)中心的未來：分布式自適應(yīng)計(jì)算

數(shù)據(jù)中心的未來發(fā)展趨勢(shì)是什么？首先，業(yè)界對(duì)數(shù)據(jù)中心的需求是不斷增長(zhǎng)的，這是不會(huì)改變的，分為公有云、私有云、混合云或企業(yè)等。其次，數(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)商們都想大幅提升數(shù)據(jù)集的利用率，提高高性能，并減少能耗，降低OPEX（資本性支出）/TCO。這可以通過可分解和可組合的方式實(shí)現(xiàn)，具體地，使用SmartNIC、固態(tài)硬盤和計(jì)算加速器將資源分解為單獨(dú)的CPU庫來實(shí)現(xiàn)，然后根據(jù)需要組合這些資源，以滿足任何工作負(fù)載的需要（如下圖）。

例如，如果控制和網(wǎng)絡(luò)密集型工作負(fù)載是基于CPU的，只要把更多資源分配給CPU就可以了。對(duì)于工作與計(jì)算為基礎(chǔ)的項(xiàng)目，例如AI網(wǎng)絡(luò)等，也可以給這種計(jì)算網(wǎng)絡(luò)分配更多資源。如果與技術(shù)分析比較相關(guān)的，也可以把這些資源分配給這種計(jì)算網(wǎng)絡(luò)。所以ACAP可以針對(duì)專用需求來分配更多的資源，以及你想要加速的相關(guān)數(shù)據(jù)集，ACAP就可以配置好，而且這是動(dòng)態(tài)的，可以較高程度地來利用現(xiàn)有的技術(shù)，不管是CPU、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，還是加速器，ACAP都可以提升其性能。

ACAP有3大價(jià)值，①TCO方面，可動(dòng)態(tài)優(yōu)化工作負(fù)載，加速和提高加速器的高利用率。②延時(shí)低。③加速可以定制化，即用戶可以采用所有新的創(chuàng)新，諸如用神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)（NN）優(yōu)化，而不用添加新的部件/器件。

2 加速核心市場(chǎng)發(fā)展

除了數(shù)據(jù)中心，在眾多市場(chǎng)和廣泛應(yīng)用領(lǐng)域，賽靈思的自適應(yīng)器件都發(fā)揮作用：從挽救生命的醫(yī)療設(shè)備到自動(dòng)駕駛等。

以汽車行業(yè)為例。賽靈思在汽車業(yè)有大量的創(chuàng)新，自動(dòng)駕駛、ADAS等方面是有非常多的應(yīng)用。十多年來，賽靈思在汽車業(yè)已出貨了1.7億片以上的器件。其中， ADAS 領(lǐng)域有6700萬片。賽靈思的質(zhì)量和可靠性很高，眾多產(chǎn)品的ppm（百萬分之一）值很低。賽靈思擁有200家ADAS和自動(dòng)駕駛客戶群，包括全球主要的Tier 1（一級(jí)供應(yīng)商）、整車廠和初創(chuàng)企業(yè)。

賽靈思最近發(fā)布的ZU7和ZU11 Zynq UtraScale+產(chǎn)品符合汽車安全、質(zhì)量和可靠性要求，滿足了在L2到L4自動(dòng)駕駛車輛的功率限制范圍內(nèi)對(duì)數(shù)據(jù)聚合、預(yù)處理和傳感器數(shù)據(jù)分布的需求。

來自中國(guó)本土的案例是北京的Pony.ai公司，其是自動(dòng)駕駛的初創(chuàng)型企業(yè)，利用賽靈思的自適應(yīng)產(chǎn)品進(jìn)行傳感器融合，在汽車駕駛過程中可以處理相關(guān)數(shù)據(jù)，不僅能自行駕駛，還能了解周邊所有車所在的位置。

3 軟硬件的平臺(tái)轉(zhuǎn)型

從產(chǎn)生玻色子 （Higgs Boson）的科學(xué)設(shè)備，到把自動(dòng)探測(cè)車發(fā)送到火星上的航天器，再到用人工智能（AI）發(fā)現(xiàn)并治療疾病的系統(tǒng)……，都離不開賽靈思產(chǎn)品的身影。實(shí)際上，除了數(shù)據(jù)中心和汽車等核心市場(chǎng)，賽靈思的產(chǎn)品也應(yīng)用于萬花筒般的高科技市場(chǎng)。而服務(wù)于這些碎片化市場(chǎng)的策略，就是平臺(tái)化解決方案。

3.1 硬件平臺(tái)化

賽靈思在數(shù)年前就已經(jīng)開始從器件向平臺(tái)公司的轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略，為的是促進(jìn)計(jì)算。

2018年Victor Peng掌舵后，有了兩大平臺(tái)化改進(jìn)（如下圖）。

1）2018年宣布將研發(fā)7 nm架構(gòu)及全新的產(chǎn)品系列Versal，Versal將采用自適應(yīng)計(jì)算架構(gòu)（ACAP）。2019年，Versal芯片已經(jīng)開始在早期客戶中實(shí)現(xiàn)。

2）開發(fā)了加速器卡，并用于多個(gè)行業(yè)。例如2018年推出Alveo PCI加速器卡。迄今賽靈思一共有4大產(chǎn)品系列：U200，U250，U280 和U50。其中，U280集成了HBM 存儲(chǔ)，提供終極性能。U50集成了第2代HBM2，實(shí)現(xiàn)小型封裝的突破，是業(yè)界第1款半高半長(zhǎng)、支持PCIe Gen 4的自適應(yīng)加速器卡。

目前，賽靈思最先進(jìn)的處理器芯片擁有360億晶體管的7 nm Versal ACAP，已發(fā)貨給客戶和合作伙伴了。同時(shí)賽靈思現(xiàn)在也有新的Versal PCIe通用開發(fā)板，都已經(jīng)準(zhǔn)備就位，可以使開發(fā)者以10倍速度開始構(gòu)建和加速應(yīng)用。

3.2 軟件平臺(tái)化

為了擁有一個(gè)完整的平臺(tái)，除了硬件搭建平臺(tái)外，也需要軟件的統(tǒng)一開發(fā)平臺(tái)，為此，賽靈思推出了Vitis。

但Vitis也不是一蹴而就的，早在2010年，賽靈思推出了硬件設(shè)計(jì)套件Vivado，奠定了開發(fā)堆棧的基礎(chǔ)。隨著芯片架構(gòu)的每一波進(jìn)展，賽靈思也在基于Vivado不斷增加新的功能，使之越來越以平臺(tái)為中心。第1代和第2代賽靈思Zynq SoC，由針對(duì)嵌入式開發(fā)人員（如嵌入式和SDSoC開發(fā)環(huán)境）的軟件提供支持。SDAccel是為數(shù)據(jù)中心部署而開發(fā)的。之后問世了加速AI推斷的工具包。在最近的2019年11月，賽靈思祭出了Vitis——用于從嵌入式終端設(shè)備到邊緣和云應(yīng)用的統(tǒng)一開發(fā)環(huán)境。

Vitis可以支持異構(gòu)架構(gòu)，例如Zynq SoC和Versal ACAP，開發(fā)人員在開發(fā)軟件時(shí)利用自己所習(xí)慣的方式，在無需硬件專業(yè)知識(shí)的情況下就可獲得優(yōu)化硬件的好處。

3.3 軟硬件平臺(tái)的搭配效果

硬件優(yōu)化可以簡(jiǎn)單到利用幾個(gè)關(guān)鍵的加速內(nèi)核就可利用強(qiáng)大的特定領(lǐng)域體系結(jié)構(gòu)（DSA）。Vitis配合賽靈思開發(fā)板后，可以免費(fèi)下載。

評(píng)論

2018年初Victor Peng執(zhí)掌賽靈思公司后，對(duì)賽靈思技術(shù)產(chǎn)品進(jìn)行了重大改組，電子產(chǎn)品世界的記者認(rèn)為，就像”大道至簡(jiǎn)“一樣，賽靈思的軟件和硬件平臺(tái)化后，產(chǎn)品更加清晰簡(jiǎn)潔、易于應(yīng)用，其核心是ACAP（自適應(yīng)計(jì)算平臺(tái)），以應(yīng)對(duì)萬花筒般的創(chuàng)新。