主打高運算密度與低耗電量，賽靈思新款頂級FPGA加速卡上場

環顧整個FPGA加速運算領域，目前擁有最多款資料中心等級產品的賽靈思（Xilinx），今年11月中期間舉行的全球超級電腦年度大會SC21期間，他們發表新款頂級FPGA加速卡Alveo U55C。

這款產品目前已經上市，除了可透過賽靈私與認證經銷商取得，也可經由公有雲廠商推出的FPGA即服務來進行簡易評估，或由特定的代管資料中心業者提供封閉預覽。

相較於先前最高階的Alveo U280，外形為雙槽、全高全長尺寸的PCIe介面卡、內建8 GB容量的HBM2記憶體，以及225瓦的最大功耗，Alveo U55C則以單槽、全高半長尺寸的PCIe介面卡，以及150瓦的最大功耗，搭配16 GB容量的HBM2記憶體，提供與U280同樣的邏輯運算配備，像是130.4萬張查詢表（LUT）、260.7萬個暫存器、9,024個DSP切片，實現更大的運算密度（U280內建32GB DDR4-2400記憶體，U55C則未搭配DDR4記憶體，並提供多一倍容量的HBM記憶體，賽靈思表示，這樣可以節省功耗）。

此外，在網路傳輸介面的部分，U55C也額外支援了RoCEv2，以及資料中心橋接（Data Center Bridging Capability Exchange protocol，DCBx）等規格，可串接數百張U55C達成超大規模的橫向擴充，並且能結合與既有的伺服器基礎架構、網路配置。

在這樣的搭配之下，用戶可將網路存取頻寬合併成200 Gbps，建構基於FPGA而成的高效能運算叢集環境，並憑藉著高效能、低延遲，以及相對開放的特性，與InfiniBand網路解決方案競爭。

若採用多張Alveo U55C串接的組態，以及訊息傳遞介面（Message Passing Interface，MPI）的整合，開發者可運用賽靈思發展的統合軟體平臺Vitis，將Alveo資料處理流程的規模橫向擴展開來，使得高效能運算的應用可橫跨不同的伺服器平臺與網路基礎架構，共享工作負載的執行，以及記憶體的存取。

關於U55C的叢集應用解決方案，賽靈思表示，目前已開放封閉預覽，預計於2022年下半正式推出。

在實際應用的部分，賽靈思目前揭露3個高效能運算案例。首先，澳洲聯邦科學與工業組織（CSIRO），他們將U55C用於平方公里陣列（SKA）的無線電望遠鏡訊號處理，透過這種以網路連接大量FPGA加速卡的部署方式，能夠在整個高效能運算訊號處理叢集環境當中，提供超大規模的資料吞吐能力，能面對13.1萬臺的天線，即時執行資料的彙集、過濾、整備、處理，而且可橫跨數百張FPGA加速卡進行分散式處理。

這裡面總共使用了21臺伺服器、420張U55C（每臺節點20張U55C），以及20臺支援P4語言的100GbE交換器，整體吞吐量可達到15 Tb/s；在IT運算資源與電力的成本上，FPGA交織網路執行上述工作的同時，還可保有一半的頻寬餘裕，以及HBM記憶體容量，具有足夠的可靠度，而就每張U55C而言，平均耗電為90瓦，CSIRO在此搭配的是太陽能發電，以及柴油發電機提供備援電力。

第二個案例是電腦輔助工程（CAE），賽靈思透過每家汽車公司都必用的碰撞模擬軟體：Ansys的LS-DYNA來展現成效。根據他們的測試，若以x86處理器平臺為基準，搭配多張U55C之後，效能可提升至5倍以上，因此，能在單一資料流程處理過程的每個運算時脈週期中，執行更多工作。

賽靈思認為，x86架構之所以表現較差，關鍵在於：其配備難支撐大量I/O，以及頻寬的使用；在記憶體階層的使用上，彈性不足，而導致非必要的負擔；在面對資料搬移時，缺乏效率。

第三個例子則是圖學資料分析的處理，有一家圖學資料庫軟體廠商TigerGraph，他們搭配多張U55C、建立叢集，以此來加速執行兩種可創造最多用途的演算法，促成圖學式推薦處理，以及叢集式的運作引擎。

在這樣的應用情境當中，U55C可加快推薦引擎的查詢與預測速度，將所需時間從幾分鐘縮短至幾毫秒。

相較於基於CPU而成的叢集系統，多張U55C可帶來強大的運算能力與記憶體頻寬，以詐騙偵測與反洗錢的應用為例，圖學資料的查詢速度能因此提升至45倍，同時，還可以將誤判率大幅降低至個位數，所以在品質評分上，可增加35％。

產品資訊

賽靈思Alveo U55C
●原廠：賽靈思
●建議售價：廠商未提供
●外型：全高半長PCIe介面卡
●I/O介面：PCIe 3.0 x16或2個PCIe 4.0 x8
●搭配記憶體容量：無DDR記憶體，16 GB HBM2記憶體
●傳輸介面：2個QSFP28埠（100GbE）
●搭配處理器：無
●FPGA運算晶片：UltraScale+ XCU55C
●耗電量：115瓦

【註：規格與價格由廠商提供，因時有異動，正確資訊請洽廠商】