摘要：年月，騰訊云推出國(guó)內(nèi)首款高性能異構(gòu)計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施，并致力于整個(gè)云服務(wù)生態(tài)圈的建設(shè)?；诖耍v訊云在市場(chǎng)上帶來(lái)了一系列創(chuàng)新舉措。圖市場(chǎng)提供行業(yè)解決方案騰訊云云服務(wù)市場(chǎng)已在基因圖片視頻教育等行業(yè)和場(chǎng)景中落地。

FPGA云服務(wù)，作為云計(jì)算產(chǎn)品中一種新型的行業(yè)解決方案，具有性能優(yōu)越、開(kāi)發(fā)便捷、計(jì)費(fèi)靈活等紅利，加之其具有低延遲，高吞吐等能力，在基因、人工智能、金融等計(jì)算密集型領(lǐng)域得到廣泛使用。2017年1月，騰訊云推出國(guó)內(nèi)首款高性能異構(gòu)計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施，并致力于FPGA整個(gè)云服務(wù)生態(tài)圈的建設(shè)?，F(xiàn)階段騰訊云FPGA云已經(jīng)形成“云＋行業(yè)”的發(fā)展思路，并已經(jīng)在教育、基因等行業(yè)率先鋪開(kāi)。

傳統(tǒng)FPGA開(kāi)發(fā)，每家公司都有自己的一套硬件接口規(guī)范、軟件驅(qū)動(dòng)和上層接口，除此之外設(shè)計(jì)往往很難跨平臺(tái)和器件直接使用，對(duì)于每次移植均需面臨時(shí)間長(zhǎng)和難度大等風(fēng)險(xiǎn)。統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)將是對(duì)FPGA產(chǎn)業(yè)的一次劃時(shí)代的整合和革新。

而在整個(gè)FPGA云“生態(tài)系統(tǒng)”里面，IP如同百貨店里面的商品，沒(méi)有大量的IP應(yīng)用，自然也很難吸引到人群從瀏覽到購(gòu)買(mǎi)，到最終的使用和評(píng)價(jià)。所以如何建立起FPGA IP市場(chǎng)成為整個(gè)FPGA云“生態(tài)系統(tǒng)”發(fā)展的關(guān)鍵。

然而FPGA IP市場(chǎng)建立也將面臨諸多挑戰(zhàn)：

IP安全

FPGA云服務(wù)是一個(gè)新的商業(yè)模式，其中IP要以下載文件的方式，通過(guò)FPGA云服務(wù)器下載到FPGA板卡上運(yùn)行，所以IP的下載文件是通過(guò)云服務(wù)器廠商提供給最終用戶(hù)。IP提供商因?yàn)閾?dān)心產(chǎn)權(quán)泄露，對(duì)云服務(wù)器廠商有安全上的疑慮，如何解決IP安全問(wèn)題，成為FPGA IP市場(chǎng)發(fā)展的關(guān)鍵。

IP移植

FPGA IP運(yùn)行在FPGA板卡上，由于各家FPGA硬件平臺(tái)不一樣，導(dǎo)致IP開(kāi)發(fā)商需要重新針對(duì)目標(biāo)平臺(tái)修改現(xiàn)有的設(shè)計(jì)。而與軟件移植不同的是，F(xiàn)PGA的設(shè)計(jì)是精確到時(shí)鐘周期，每個(gè)時(shí)鐘周期不同的模塊并發(fā)完成不同的操作。這就會(huì)涉及到從上層的系統(tǒng)層到底層的硬件時(shí)序的修改，也意味著IP開(kāi)發(fā)商需要花費(fèi)大量時(shí)間和精力在跨硬件平臺(tái)移植上。

基于此，騰訊云在FPGA IP市場(chǎng)上帶來(lái)了一系列創(chuàng)新舉措。

安全

FPGA云系統(tǒng)提供源代碼加密保護(hù)，用戶(hù)下載文件加密保護(hù)以及DNA認(rèn)證等安全手段。

以賽靈思的FPGA為例子，對(duì)于用戶(hù)源代碼，可以通過(guò)賽靈思提供的Vivado編譯工具進(jìn)行加密，該Vivado編譯工具的加密標(biāo)準(zhǔn)是基于IEEE－1735標(biāo)準(zhǔn)；對(duì)于用戶(hù)的下載文件，可以用DNA認(rèn)證進(jìn)行加密保護(hù)。目前騰訊云上所有的FPGA器件都有Device DNA，這是一個(gè)96 bit的二進(jìn)制序列，在FPGA器件生產(chǎn)的時(shí)候燒死到芯片里面，每個(gè)芯片都是唯一的。這個(gè)序列，用戶(hù)可以通過(guò)內(nèi)部的邏輯直接讀出。用戶(hù)利用DNA唯一性，只有授權(quán)的DNA序列才能運(yùn)行用戶(hù)IP，從而實(shí)現(xiàn)IP的保護(hù)（參見(jiàn)圖1）。

圖表 1 FPGA云安全

開(kāi)發(fā)框架

設(shè)計(jì)之初，F(xiàn)PGA云系統(tǒng)需要解決的一個(gè)重要問(wèn)題就是通用性。通用性包括兩層目標(biāo)。第一，能夠做到FPGA系統(tǒng)架構(gòu)的通用。第二，能夠做到用戶(hù)接口的通用。最終讓用戶(hù)的設(shè)計(jì)“無(wú)感知”的運(yùn)行在不同平臺(tái)和不同類(lèi)型的FPGA器件，減少移植的代價(jià)。

FPGA云系統(tǒng)包含兩大區(qū)域，即靜態(tài)區(qū)域和動(dòng)態(tài)區(qū)域。靜態(tài)區(qū)域雖然對(duì)于用戶(hù)不可見(jiàn)，但是它卻是整個(gè)系統(tǒng)架構(gòu)的關(guān)鍵，構(gòu)建起與上層PC側(cè)的軟件和FPGA側(cè)動(dòng)態(tài)區(qū)用戶(hù)IP溝通橋梁，靜態(tài)區(qū)域主要完成包括PCIe協(xié)議控制器、DMA數(shù)據(jù)傳輸、內(nèi)存控制器、中斷處理、地址管理模塊和總線管理和適配模塊、動(dòng)態(tài)加載模塊和一些系統(tǒng)調(diào)試模塊等。動(dòng)態(tài)區(qū)域?qū)?yīng)的則是用戶(hù)的IP，這里采用業(yè)界通用的AXI總線進(jìn)行互聯(lián)。如果采用私有的或者不通用的總線進(jìn)行互聯(lián)，用戶(hù)往往需要對(duì)總線協(xié)議重新進(jìn)行理解和開(kāi)發(fā)，而且很難做到很好的系統(tǒng)可擴(kuò)展性。APIs采用統(tǒng)一的外部接口與用戶(hù)程序交互，用戶(hù)不需要把精力花在驅(qū)動(dòng)集成、調(diào)試和封裝等繁瑣細(xì)節(jié)，只需要專(zhuān)注于高附加值的上層應(yīng)用和服務(wù)開(kāi)發(fā)上（參見(jiàn)圖2）。

圖表 2 FPGA云開(kāi)發(fā)框架

目前騰訊云FPGA云服務(wù)市場(chǎng)，已經(jīng)有恒揚(yáng)數(shù)據(jù)、聯(lián)捷計(jì)算科技、菲數(shù)科技等多位合作伙伴加入，通過(guò)IP市場(chǎng)方式提供一系列行業(yè)解決方案，為用戶(hù)提供性?xún)r(jià)比更高的加速方案，進(jìn)一步完善FPGA云服務(wù)生態(tài)圈（參加圖3）。

圖3 IP市場(chǎng)提供行業(yè)解決方案

騰訊云FPGA云服務(wù)IP市場(chǎng)已在基因、圖片視頻、教育等行業(yè)和場(chǎng)景中落地。