隨著數據中心面臨越來越大的壓力，EE 正在將現場可編程門陣列 (FPGA) 視為一種潛在的解決方案。然而，它們怎么可能有用，誰在加大研究力度？

今天，數據中心比以往任何時候都承受著巨大的壓力。在云計算日益普及、數據創建率高以及機器學習等新的計算密集型應用程序之間，我們當前的數據中心基礎設施正被推向極限。

為了幫助確保未來的數據中心能夠跟上這些趨勢并不斷提高性能，工程師們正在重新構想數據中心計算硬件。

由此可見，數據中心最重要的硬件之一就是FPGA。

FPGA 的高級概述。圖片由Stemmer Imaging提供

一個最近宣布的中心，即英特爾/VMware Crossroads 3D-FPGA 學術研究中心，希望明確地促進數據中心的 FPGA 技術的改進。

在本文中，我們將討論 FPGA 對數據中心的好處，以及新研究中心計劃如何進一步改進該技術。

轉向加速器

目前，數據中心有兩個主要趨勢正在推動該領域的未來發展：數據流量的增加和計算密集型應用程序的增加。

這里的挑戰在于，數據中心不僅必須能夠處理增加的數據和更嚴格的計算，而且比以往任何時候都更需要以更低的功率和更高的性能來做到這一點。

為了實現這一目標，工程師們已經不再使用更通用的計算硬件，例如中央處理單元 (CPU) 和圖形處理單元 (GPU)，而是使用硬件加速器。

異構架構的一個例子，它正在成為數據中心的規范。圖片由張等人提供

工程師可以使用特定于應用程序的計算塊實現比以前更高的性能和低功耗計算。對許多人來說，由加速器、GPU 和 CPU 組成的異構計算架構是未來數據中心被廣泛接受的前進道路。

FPGA 對數據中心的好處

出于多種原因，FPGA 具有獨特的優勢，可以使數據中心受益。

首先，FPGA 是高度可定制的，這意味著它們可以配置為用作特定應用的硬件加速器。

在數據中心環境中，工程師可以為機器學習、網絡或安全等應用配置 FPGA。由于其軟件定義的特性，FPGA 提供了比專用集成電路 (ASIC) 更簡單的設計流程和更短的上市時間。

顯示如何動態重新配置 FPGA 的示例圖。圖片由Wang 等人提供

其次，FPGA 可以提供多功能性的好處。由于 FPGA 的功能可以完全由 HDL 代碼定義，因此單個 FPGA 可以用于多種用途。此功能可以幫助降低復雜性并在系統中創建統一性。

無需各種不同的硬化 ASIC，單個 FPGA 可以針對各種應用進行配置和重新配置，從而為進一步優化硬件資源打開了大門。

因此，一些 FPGA 可以根據正在運行的應用程序實時重新配置，這意味著單個 FPGA 可以根據需要充當多個角色。

3D-FPGA學術研究中心

最近，英特爾/VMware Crossroads 3D-FPGA 學術研究中心被宣布為一項旨在改善 FPGA 技術未來的多所大學的努力。

該團隊由來自多倫多大學、德克薩斯大學奧斯汀分校、卡內基梅隆大學等的研究人員組成，他們的工作直接集中在 FPGA 在數據中心中的作用。更具體地說，該小組將研究在 FPGA 框架內實現 3D 集成的方法。

這個想法是，通過能夠垂直堆疊多個 FPGA 芯片，研究人員應該能夠實現更高的晶體管密度，同時平衡性能、功耗和制造成本。

總體而言，該小組希望使用 3D 集成技術來創建由 FPGA 和硬化邏輯加速器組成的異構系統，所有這些都在一個封裝中。該技術將尋求在傳統 FPGA 架構下方的層中結合片上網絡 (NoC)，以便 NoC 可以控制數據路由，而 FPGA 可以提供所需的計算。

總體而言，該組織希望通過他們的新技術將網絡內計算的興起擴展到服務器。

面向未來數據中心的 FPGA

隨著數據中心趨向于更多數據和更密集的計算，FPGA 無疑將成為關鍵參與者。

隨著一個新的研究小組希望支持這項技術，現在看來，FPGA 正在成為數據中心行業的中流砥柱。

審核編輯 黃昊宇