转向 FPGA 数据中心的未来：FPGA 如何成为潜在的解决方案？

随着数据中心面临越来越大的压力，EE 正在将现场可编程门阵列 (FPGA) 视为一种潜在的解决方案。然而，它们怎么可能有用，谁在加大研究力度？

今天，数据中心比以往任何时候都承受着巨大的压力。在云计算日益普及、数据创建率高以及机器学习等新的计算密集型应用程序之间，我们当前的数据中心基础设施正被推向极限。

为了帮助确保未来的数据中心能够跟上这些趋势并不断提高性能，工程师们正在重新构想数据中心计算硬件。

由此可见，数据中心最重要的硬件之一就是FPGA。

FPGA 的高级概述。图片由Stemmer Imaging提供

一个最近宣布的中心，即英特尔/VMware Crossroads 3D-FPGA 学术研究中心，希望明确地促进数据中心的 FPGA 技术的改进。

在本文中，我们将讨论 FPGA 对数据中心的好处，以及新研究中心计划如何进一步改进该技术。

转向加速器

目前，数据中心有两个主要趋势正在推动该领域的未来发展：数据流量的增加和计算密集型应用程序的增加。

这里的挑战在于，数据中心不仅必须能够处理增加的数据和更严格的计算，而且比以往任何时候都更需要以更低的功率和更高的性能来做到这一点。

为了实现这一目标，工程师们已经不再使用更通用的计算硬件，例如中央处理单元 (CPU) 和图形处理单元 (GPU)，而是使用硬件加速器。

异构架构的一个例子，它正在成为数据中心的规范。图片由张等人提供

工程师可以使用特定于应用程序的计算块实现比以前更高的性能和低功耗计算。对许多人来说，由加速器、GPU 和 CPU 组成的异构计算架构是未来数据中心被广泛接受的前进道路。

FPGA 对数据中心的好处

出于多种原因，FPGA 具有独特的优势，可以使数据中心受益。

首先，FPGA 是高度可定制的，这意味着它们可以配置为用作特定应用的硬件加速器。

在数据中心环境中，工程师可以为机器学习、网络或安全等应用配置 FPGA。由于其软件定义的特性，FPGA 提供了比专用集成电路 (ASIC) 更简单的设计流程和更短的上市时间。

显示如何动态重新配置 FPGA 的示例图。图片由Wang 等人提供

其次，FPGA 可以提供多功能性的好处。由于 FPGA 的功能可以完全由 HDL 代码定义，因此单个 FPGA 可以用于多种用途。此功能可以帮助降低复杂性并在系统中创建统一性。

无需各种不同的硬化 ASIC，单个 FPGA 可以针对各种应用进行配置和重新配置，从而为进一步优化硬件资源打开了大门。

因此，一些 FPGA 可以根据正在运行的应用程序实时重新配置，这意味着单个 FPGA 可以根据需要充当多个角色。

3D-FPGA学术研究中心

最近，英特尔/VMware Crossroads 3D-FPGA 学术研究中心被宣布为一项旨在改善 FPGA 技术未来的多所大学的努力。

该团队由来自多伦多大学、德克萨斯大学奥斯汀分校、卡内基梅隆大学等的研究人员组成，他们的工作直接集中在 FPGA 在数据中心中的作用。更具体地说，该小组将研究在 FPGA 框架内实现 3D 集成的方法。

这个想法是，通过能够垂直堆叠多个 FPGA 芯片，研究人员应该能够实现更高的晶体管密度，同时平衡性能、功耗和制造成本。

总体而言，该小组希望使用 3D 集成技术来创建由 FPGA 和硬化逻辑加速器组成的异构系统，所有这些都在一个封装中。该技术将寻求在传统 FPGA 架构下方的层中结合片上网络 (NoC)，以便 NoC 可以控制数据路由，而 FPGA 可以提供所需的计算。

总体而言，该组织希望通过他们的新技术将网络内计算的兴起扩展到服务器。

面向未来数据中心的 FPGA

随着数据中心趋向于更多数据和更密集的计算，FPGA 无疑将成为关键参与者。

随着一个新的研究小组希望支持这项技术，现在看来，FPGA 正在成为数据中心行业的中流砥柱。

审核编辑 黄昊宇