腾讯云推FPGA云IP市场服务助力FPG

2020-02-20 03:45 电商

FPGA,作为产品中一种新型的行业解决方案,具有性能优越、开发便捷、计费灵活等红利,加之其具有低延迟,高吞吐等能力,在基因、人工智能、金融等计算密集型领域得到广泛使用。2017年1月,腾讯云推出国内首款高性能异构计算基础设施,并致力于FPGA整个云服务生态圈的建设。现阶段腾讯云FPGA云已经形成“云+行业”的发展思路,并已经在教育、基因等行业率先铺开。

传统FPGA开发,每家公司都有自己的一套硬件接口规范、软件驱动和上层接口,除此之外设计往往很难跨平台和器件直接使用,对于每次移植均需面临时间长和难度大等风险。统一标准将是对FPGA产业的一次划时代的整合和革新。

而在整个FPGA云“生态系统”里面,IP如同百货店里面的商品,没有大量的IP应用,自然也很难吸引到人群从浏览到购买,到最终的使用和评价。所以如何建立起FPGA IP市场成为整个FPGA云“生态系统”发展的关键。

然而FPGA IP市场建立也将面临诸多挑战:

IP安全

FPGA云服务是一个新的商业模式,其中IP要以下载文件的方式,通过FPGA云服务器下载到FPGA板卡上运行,所以IP的下载文件是通过云服务器厂商提供给最终用户。IP提供商因为担心产权泄露,对云服务器厂商有安全上的疑虑,如何解决IP安全问题,成为FPGA IP市场发展的关键。

IP移植

FPGA IP运行在FPGA板卡上,由于各家FPGA硬件平台不一样,导致IP开发商需要重新针对目标平台修改现有的设计。而与软件移植不同的是,FPGA的设计是精确到时钟周期,每个时钟周期不同的模块并发完成不同的操作。这就会涉及到从上层的系统层到底层的硬件时序的修改,也意味着IP开发商需要花费大量时间和精力在跨硬件平台移植上。

基于此,腾讯云在FPGA IP市场上带来了一系列创新举措。

安全

FPGA云系统提供源代码加密保护,用户下载文件加密保护以及DNA认证等安全手段。

以赛灵思的FPGA为例子,对于用户源代码,可以通过赛灵思提供的Vivado编译工具进行加密,该Vivado编译工具的加密标准是基于IEEE-17 5标准;对于用户的下载文件,可以用DNA认证进行加密保护。目前腾讯云上所有的FPGA器件都有Device DNA,这是一个96 bit的二进制序列,在FPGA器件生产的时候烧死到芯片里面,每个芯片都是唯一的。这个序列,用户可以通过内部的逻辑直接读出。用户利用DNA唯一性,只有授权的DNA序列才能运行用户IP,从而实现IP的保护(参见图1)。

图表 1 FPGA云安全

开发框架

设计之初,FPGA云系统需要解决的一个重要问题就是通用性。通用性包括两层目标。第一,能够做到FPGA系统架构的通用。第二,能够做到用户接口的通用。最终让用户的设计“无感知”的运行在不同平台和不同类型的FPGA器件,减少移植的代价。

FPGA云系统包含两大区域,即静态区域和动态区域。静态区域虽然对于用户不可见,但是它却是整个系统架构的关键,构建起与上层PC侧的软件和FPGA侧动态区用户IP沟通桥梁,静态区域主要完成包括PCIe协议控制器、DMA数据传输、内存控制器、中断处理、地址管理模块和总线管理和适配模块、动态加载模块和一些系统调试模块等。动态区域对应的则是用户的IP,这里采用业界通用的AXI总线进行互联。如果采用私有的或者不通用的总线进行互联,用户往往需要对总线协议重新进行理解和开发,而且很难做到很好的系统可扩展性。APIs采用统一的外部接口与用户程序交互,用户不需要把精力花在驱动集成、调试和封装等繁琐细节,只需要专注于高附加值的上层应用和服务开发上(参见图2)。

图表 2 FPGA云开发框架

目前腾讯云FPGA云服务市场,已经有恒扬数据、联捷计算科技、菲数科技等多位合作伙伴加入,通过IP市场方式提供一系列行业解决方案,为用户提供性价比更高的加速方案,进一步完善FPGA云服务生态圈(参加图 )。

图 IP市场提供行业解决方案

腾讯云FPGA云服务IP市场已在基因、图片视频、教育等行业和场景中落地。

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