當您在天貓/手淘上買買買的時，圖片會以不同格式或分辨率來轉碼呈現，這就要求后臺系統需要強大的算力來保障數倍于平時的轉碼需求。FPGA是可編程芯片中處理這類并行計算的最佳能耗比方案，這位曾經高冷的“王謝堂前燕”，通過云計算的價值加成，正在賦能越來越多的科技創新。

在今年的XDF 2018大會上，阿里云的工程師首次向業界揭開了阿里云FPGA平臺“舜天”的神秘面紗，這臺云端計算加速的新引擎初露鋒芒。

圖 1：XDF 2018 上，阿里云 “舜天” FPGA 平臺初露鋒芒

初識FPGA：計算加速新引擎

FPGA最大的特點是直接基于硬件編程，擁有高吞吐和低延時等特性，可以很容易搭建出數據并行通道，同時完成流水線并行；相對于ASIC，又具有軟件的可編程性和靈活性，這讓它能完美適應AI等對大算力有剛性需求并且尚處于快速迭代期的場景。

圖 2：FPGA能力模型

然而，傳統的FPGA線下開發，過程非常繁瑣。對于IP提供商或方案集成商來說，需要自己開發和維護硬件，推廣難、成本高。對于客戶來說，開發時也繞不開硬件環節，試錯成本大、周期長。

FPGA+云正好是解決這些難題的最佳方案。

“舜天”平臺整合了傳統FPGA產業鏈的多個環節：從芯片原廠商，硬件，IP供應商等等，將它們統一打包成平臺資源，使客戶可以專注于算力的實現，而IP供應商可以簡化交付流程，大幅優化交付周期和運營成本。

—— 阿里云工程師，張振祥

“舜天”平臺整合了傳統FPGA產業鏈的多個環節：從芯片原廠商，硬件，IP供應商等等，將它們統一打包成平臺資源，使客戶可以專注于算力的實現，而IP供應商可以簡化交付流程，大幅優化交付周期和運營成本。

從2017年8月開始，“舜天”已經歷經三代產品迭代，最新上線的F3系列實例，可提供超過1000萬邏輯單元和高達47 TeraMACs的DSP計算能力。

以時序數據庫為例，舜天平臺的處理效率比CPU高出30倍以上：單路FPGA實現的實測峰值性能為2.97GB/s,相比之下，單核CPU壓縮的實測性能約為90M/s。在圖片識別場景下，舜天F3提供的算力約相當于7臺CPU服務器，大幅降低了Capex成本，相比CPU服務器，TCO降低超40%。

而且，這個能力還可以擴展，當開發者在處理高性能計算和機器學習時，往往需要多芯片共同計算。“舜天”提供了各類高速接口，可完成1/2/4片芯片互聯拓撲，并支持動態配置。以卡內雙芯片通信為例，帶寬高達600Gbps，同時支持多種輕量級傳輸協議，傳輸效率達95%。

一睹真容：久經沙場的悍將

在阿里巴巴內部，“舜天”其實已經久經沙場，支撐了包括雙11在內的超大型計算場景、城市大腦、時序數據庫、高清視頻編解碼等等明星業務都涉及FPGA加速。

以雙11舉例，在客戶通過淘寶/天貓APP或者網頁端瀏覽商品時，圖片需要以不同格式或分辨率來呈現。舜天平臺的并行計算能力，直接將圖片處理的延時縮減到CPU服務器的50%，將吞吐能力提升了數倍。

在基因賽場里，“舜天“的表現也很出色，100Gbp全基因組分析時間被縮短至兩小時，速度比過去提升了10倍，單位成本也大大降低。全基因，指的就是把物種細胞里面完整的基因組序列從第1個DNA開始一直分析到最后一個DNA，這種技術幾乎能夠鑒定出基因組上任何類型的突變。

化繁為簡：大幅降低開發門檻

在傳統軟件工程師眼里，FPGA芯片的開發門檻是很高的，一方面需要了解HDL硬件編程，一方面需要對底層硬件和接口了如指掌。

在此次的XDF大會上，阿里云工程師潘岳介紹了舜天平臺的解決方案。

首先，“舜天”增加了對高級系統語言的支持，包括C, C++, OpenCL等。這意味著開發者可以在他們熟悉的編程語言和工作流程中順暢使用，而且確保原本基于CPU或GPU的開發可以輕松移植到云上的FPGA器件中。同時，阿里云還提供了大量的參考設計和開發包，幫助開發者快速建立系統。

接口方面，“舜天”提供了統一的標準總線接口，包括：DDR4/5、PCIe、DMA等等，開發者無需動手，只需要關心內部邏輯實現（圖中灰色部分）。

此外，阿里云還支持多種主流FPGA的Shell+Role實現，可以適配跨平臺的Multi-boot方案，讓用戶能夠輕松完成跨平臺遷移。

IP加密隔離：安全不打折

作為FPGA生態的最重要一環，IP廠商非常在意云上的多租戶環境。既要需要確保IP產品不泄露，又要保證用戶購買的IP只能被自己使用。

為此，阿里云采用了IP加密、網絡隔離、IP所屬權和使用權分離等方式確保了用戶的源碼（或IP源碼）、發行包、部署環境全程對第三方完全不可見，同時還提供健康監控能力，及時感知底層故障并實時報警。

作為最早入住舜天平臺的IP提供商之一，聯捷計算科技CTAccel CEO俞海樂博士表示，上云后安全是我們最關注的問題，阿里云的安全隔離做得非常到位，這也是我們優先選擇阿里云進行部署的原因。

不變的使命：共建普惠異構生態

此前阿里云的Slogan“為了無法計算的價值”一直深入人心，積極布道普惠計算。自推出異構計算依賴，開發者在阿里云上能以更少的價格使用性能更強的GPU/FPGA實例，在深度學習領域將開發成本降低了一半以上。

為了讓更多開發者能夠享受到FPGA的收益，阿里云推出了FPGA彈性云服務器，并建立了FPGA鏡像市場，讓具有創新思路和成熟解決方案的IP產品通過平臺脫穎而出，擴大市場規模，加快研發進度，提高設計穩定性。

“舜天”是阿里云使能人工智能產業的一大利器，我們歡迎更多的開發者加入阿里云FPGA生態，推動技術落地到產業中去。

—— 阿里云工程師，張振祥