赛灵思唐杰：ARM存储系统的加速器，实现数据通路“硬”化

近日，美国赛灵思公司收购中国AI 芯片初创公司深鉴科技的重磅消息另业界备受关注，作为FPGA技术的首创者和引头军，赛灵思的创新技术也是众多开发人员学习借鉴的标杆。就在2018全球存储半导体大会上，笔者聆听了一场由赛灵思数据中心架构师唐杰带来的题为《数据通道“硬”化，ARM存储系统的加速器》的精彩演讲，在此与大家分享：

以下内容整理于演讲实录，未经演讲人最终确认：

为什么做FPGA，可以看到一些趋势，第一个是数据爆炸，第二是人工智能的兴起，第三个就是后摩尔定律时代，不可避免要走向异构计算。说到NVMe Over Fabric，主要解决Storage Disaggreation，把原来插在服务器背板的NVMe拿出来，可以推到远端，和从传统的DAS走向SAN这个概念是一样，把高性能资源重复利用，同时又能够集中管理。某种意义上讲，FPGA是一种芯片可编程的芯片，不需要做很多的工作，这里有一个关键点，赛灵思发展FPGA分三个阶段，第一个阶段我们为芯片做验证，做原型系统，移动通讯爆发的年代，外面的各个基站，我们做这种天线矩阵、信号处理，包括任何雷达里面都会有FPGA的芯片，为什么要讲到数据中心，就是因为我们在全球有一个比较大的云，Microsoft Azure大量部署FPGA做异构计算，很多教授都讲过，为什么FPGA介入数据中心，就是为了做异构计算。做异构计算我们讲很关键一点，ARM在移动系统慢慢往数据中心走，大家都知道，做NVMe，我们就要关心PCIe，从某种角度，对ARM来讲是一个非常大的弱点，很少有手机的GPS能够支持PCIe，而赛灵思FPGA方案可以提升基于ARM的控制系统性能的可靠性。

对于DISAGGREGATION和FPGA的芯片来讲，我们天生可以支持5个PCIe盘，可以挂100G的系统，某种意义上讲，既可以支持PCIe也可以支持100G，底层都是串行服务。所以说，我们还不仅做这个，还可以加入一些定制的加速功能，就是我们讲的可以做coding、RAID、哈希、压缩等等，还有做客户的定制内容。整体的架构来讲的话，可以做到一个标准的24盘位JBOF，提供对外输出100G性能，把100G的带宽跑满4K性能。

测试环境，上面测延时，下面测IOPS。在下面使用四个盘连在板子上，直接连接过来，测试性能，我们可以看到，在4K的情况下，随机读都是在2.32Millon，写的话基本上在1.1Millon左右，盘的写和读的概念比较大，延时差别，不管是顺序读的还是无序读，是在2-8M之间，写增加的延迟是在5-10M之间，为什么延时增加不一样，大家如果做PCIe协议，就知道读写是不一样的，写的时候不需要返回，读的话需要一个返回，所以不涉及介质的话，写是比读要好。在后续写的时候，其实是数据准备好了以后，发包，RAID读数据，然后写在后面的盘上，这就造成读写增加延时，对于小包没有苛刻要求的话，在写的时候把包里面数据放进去，这样就可以做到读和写延时差不多的时间。

关于存储产品路线，我们看标准的盘，或者具有标准的NVMe标准接口，都可以通过FPGA连接上去，会有一定的DDR控制器，在FPGA里有一个NVMe IP设置，在NVMe里通过一个地址转换成可以发送到后端的NVMe标准命令。

我们现在做的东西就是想做一个NVMe HBA，比如说客户要一个盘要128T，那我可以找三星英特尔，他说不好意思我可能要等到两年以后，那怎么办？

我甚至可以支持虚拟化，可以做很多的基于NVMe的事，基于此，中段可以从16个盘变成一个盘，大大降低对主机CPU的占用，这些我都会放在FPGA里，减少CPU的使用。现在大家都面临一个问题，CPU拿来卖而不是拿来跑盘。举个例子，对100G的包做一个分流，所有的I/O的包全部通过硬件输出，因此任何一个小小的ARM都可以来做存储控制器，所以要做I/O和数据分流。我们的计划就是，把NVMe加进去，大家可以想像，假如我是一张网卡，对于主机来看我是一个NVMe盘，我这个盘子上面可以切成很多的小盘子，对于用户来讲，我们所做的事情就是希望把和CPU打交道的接口，能够通过FPGA做硬件的实现，降低I/O等等对CPU的占用。一个IP打包，然后集成到一个芯片，或者一个系统里面。

赛灵思成立于1984年，已经35年了，总部在硅谷，中国北京有一个研发中心，我们现在所有的员工有4000人，我们客户差不多有2万多个客户。看一下，我们全球大概有4300多个合作伙伴，我们出品全球第一款FPGA，第一个挂ARM存储系统，随着数据爆炸和AI的兴起，以及后网络时代的到来，不可定义的就要FPGA。把原来差的服务器拿出来，可以推到远端，从传统的原来的DAS走向SAS这个概念是一样，把我们高性能的资源重复利用，同时又能够集中管理，好处颇多。

赛灵思的创新在于基于FPGA方案，实现了数控分离，在ARM系统上实现I/O控制，形成完整的数据通路。

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