电子产品世界

2019年12月，第3届赛灵思开发者大会（XDF）亚洲站在北京盛大举行，赛灵思总裁兼CEO（首席执行官）Victor Peng称三大战略成效显著，例如数据中心业务，在2019年9月结束的最新的一个季度，业务同比增长24%；核心业务之一的汽车业，在ADAS领域出货超6700万片；平台转型方面，硬件的Versal（采用自适应计算架构）样片已经推出，并出炉了4款Alveo加速器卡；软件方面祭出了统一开发平台Vitis。

数据中心的发展趋势是什么？赛灵思的芯片、加速卡和软件是如何应对千变万化的创新应用的？

Victor Peng称，赛灵思的目标是“打造灵活应变、万物智能世界”。为此，公司有三大战略：①数据中心优先；②加速核心市场发展；③驱动自适应计算。归根结蒂，三大战略都是让更多的软件和硬件开发者能使用并受益于赛灵思强大的自适应平台。

1 数据中心迎来颠覆性变革

爆炸性增长的数据带来了数据中心颠覆性的变革：需要高吞吐量的性能，极低的延时，同时要面对摩尔定律消亡带来的性能提升瓶颈。图灵奖得主John Hennessy 和Dave Patterson 最近都提到，架构创新已经进入到了一个新的黄金时代。因为传统架构对于现在的任务应用已经应付不了，行业亟需架构的创新。为此，赛灵思的产品和平台在领域特定结构、异构计算加速、近网络计算和近存储数据方面实现了创新。

赛灵思的数据中心业务发展强劲，在2019年9月结束的最新的一个季度，业务同比增长24%，季度增长92%。实际上，赛灵思在数据中心的量产部署还处于非常早期的阶段，这种增长反映了自适应计算优势的开启。

1.1 打造生态系统

赛灵思的生态系统发展很快，主要的OEM（原厂）像戴尔、HP、浪潮等已经建立基于赛灵思Alveo加速器卡的系统了，还有业界领先的经销商也已经加入赛灵思的生态系统，例如Clolfax, Ingram。在软件生态系统方面，有越来越多的做视频、数据分析、机器学习、生命科学、金融等的独立软件提供商（ISV）与赛灵思合作。目前，赛灵思已经培训工业界及学术界7千多名开发人员，约有800多个加速器合作伙伴，而且有95个发布的应用。

1.2 加速计算、存储、网络

从计算加速和传统CPU比较的例子可见，传统的数据中心服务器有1个CPU连接网络，通过NIC（网络接口控制器）和PCIe连接到存储设备。而当CPU 拥有赛灵思FPGA，以及很快即将推出的赛灵思Versal ACAP（自适应计算加速平台）的加速，将会实现速度的巨大提升（如下图）。

例如生命科学公司lllumina，它在基因组分析应用上提速了90倍。Aupera公司每单元每瓦特的性能提升了33倍，换句话，1个Aupera产品相当于30多个服务器。

然而，计算加速并不是赛灵思在数据中心唯一发挥作用的地方。在存储加速领域，赛灵思也在广泛部署，已经和IBM、美光、三星等开展了合作，部署加速存储和计算存储，从而可以实现数据在最近的地方处理。众所周知，很多地方的数据增长是呈指数级的，存储和搜索的响应是非常关键的，赛灵思的产品也可以加速。具体地，可以加速压缩/解压缩、解密。赛灵思单一的加速器可以把加速性能提升4倍（如下图），而且是非常线性的。

另外，赛灵思也提供网络加速（如下图），例如在SmartNIC行业刚刚开始采用网络加速的领域。SmartNIC可以通过移除恶意数据包提供更好的安全性，并通过将网络堆栈从CPU卸载到SmartNIC来加速数据包处理。这不仅打破了网络性能瓶颈，而且缩短了CPU应用执行的周期，从而提高了TCO（总拥有成本）。

对于双插槽DC（数据中心）服务器，使用基于赛灵思的智能网卡，数据吞吐量加快了3~6倍，CPU利用率提高了1.5倍。赛灵思芯片是软硬件可编程的，因此可实现用1个开发板，定制化地满足不同客户部署的需求。

1.3 数据中心的未来：分布式自适应计算

数据中心的未来发展趋势是什么？首先，业界对数据中心的需求是不断增长的，这是不会改变的，分为公有云、私有云、混合云或企业等。其次，数据中心运营商们都想大幅提升数据集的利用率，提高高性能，并减少能耗，降低OPEX（资本性支出）/TCO。这可以通过可分解和可组合的方式实现，具体地，使用SmartNIC、固态硬盘和计算加速器将资源分解为单独的CPU库来实现，然后根据需要组合这些资源，以满足任何工作负载的需要（如下图）。

例如，如果控制和网络密集型工作负载是基于CPU的，只要把更多资源分配给CPU就可以了。对于工作与计算为基础的项目，例如AI网络等，也可以给这种计算网络分配更多资源。如果与技术分析比较相关的，也可以把这些资源分配给这种计算网络。所以ACAP可以针对专用需求来分配更多的资源，以及你想要加速的相关数据集，ACAP就可以配置好，而且这是动态的，可以较高程度地来利用现有的技术，不管是CPU、存储数据，还是加速器，ACAP都可以提升其性能。

ACAP有3大价值，①TCO方面，可动态优化工作负载，加速和提高加速器的高利用率。②延时低。③加速可以定制化，即用户可以采用所有新的创新，诸如用神经元网络（NN）优化，而不用添加新的部件/器件。

2 加速核心市场发展

除了数据中心，在众多市场和广泛应用领域，赛灵思的自适应器件都发挥作用：从挽救生命的医疗设备到自动驾驶等。

以汽车行业为例。赛灵思在汽车业有大量的创新，自动驾驶、ADAS等方面是有非常多的应用。十多年来，赛灵思在汽车业已出货了1.7亿片以上的器件。其中， ADAS 领域有6700万片。赛灵思的质量和可靠性很高，众多产品的ppm（百万分之一）值很低。赛灵思拥有200家ADAS和自动驾驶客户群，包括全球主要的Tier 1（一级供应商）、整车厂和初创企业。

赛灵思最近发布的ZU7和ZU11 Zynq UtraScale+产品符合汽车安全、质量和可靠性要求，满足了在L2到L4自动驾驶车辆的功率限制范围内对数据聚合、预处理和传感器数据分布的需求。

来自中国本土的案例是北京的Pony.ai公司，其是自动驾驶的初创型企业，利用赛灵思的自适应产品进行传感器融合，在汽车驾驶过程中可以处理相关数据，不仅能自行驾驶，还能了解周边所有车所在的位置。

3 软硬件的平台转型

从产生玻色子 （Higgs Boson）的科学设备，到把自动探测车发送到火星上的航天器，再到用人工智能（AI）发现并治疗疾病的系统……，都离不开赛灵思产品的身影。实际上，除了数据中心和汽车等核心市场，赛灵思的产品也应用于万花筒般的高科技市场。而服务于这些碎片化市场的策略，就是平台化解决方案。

3.1 硬件平台化

赛灵思在数年前就已经开始从器件向平台公司的转型战略，为的是促进计算。

2018年Victor Peng掌舵后，有了两大平台化改进（如下图）。

1）2018年宣布将研发7 nm架构及全新的产品系列Versal，Versal将采用自适应计算架构（ACAP）。2019年，Versal芯片已经开始在早期客户中实现。

2）开发了加速器卡，并用于多个行业。例如2018年推出Alveo PCI加速器卡。迄今赛灵思一共有4大产品系列：U200，U250，U280 和U50。其中，U280集成了HBM 存储，提供终极性能。U50集成了第2代HBM2，实现小型封装的突破，是业界第1款半高半长、支持PCIe Gen 4的自适应加速器卡。

目前，赛灵思最先进的处理器芯片拥有360亿晶体管的7 nm Versal ACAP，已发货给客户和合作伙伴了。同时赛灵思现在也有新的Versal PCIe通用开发板，都已经准备就位，可以使开发者以10倍速度开始构建和加速应用。

3.2 软件平台化

为了拥有一个完整的平台，除了硬件搭建平台外，也需要软件的统一开发平台，为此，赛灵思推出了Vitis。

但Vitis也不是一蹴而就的，早在2010年，赛灵思推出了硬件设计套件Vivado，奠定了开发堆栈的基础。随着芯片架构的每一波进展，赛灵思也在基于Vivado不断增加新的功能，使之越来越以平台为中心。第1代和第2代赛灵思Zynq SoC，由针对嵌入式开发人员（如嵌入式和SDSoC开发环境）的软件提供支持。SDAccel是为数据中心部署而开发的。之后问世了加速AI推断的工具包。在最近的2019年11月，赛灵思祭出了Vitis——用于从嵌入式终端设备到边缘和云应用的统一开发环境。

Vitis可以支持异构架构，例如Zynq SoC和Versal ACAP，开发人员在开发软件时利用自己所习惯的方式，在无需硬件专业知识的情况下就可获得优化硬件的好处。

3.3 软硬件平台的搭配效果

硬件优化可以简单到利用几个关键的加速内核就可利用强大的特定领域体系结构（DSA）。Vitis配合赛灵思开发板后，可以免费下载。

评论

2018年初Victor Peng执掌赛灵思公司后，对赛灵思技术产品进行了重大改组，电子产品世界的记者认为，就像”大道至简“一样，赛灵思的软件和硬件平台化后，产品更加清晰简洁、易于应用，其核心是ACAP（自适应计算平台），以应对万花筒般的创新。

关键词： 自适应 计算 数据中心