ザイリンクスはAlveoHBMを2倍にし、HPCおよびビッグデータワークロードのクラスタリングを追加します

今週のSC21スーパーコンピューティングカンファレンスで、ザイリンクスはAlveo U55Cデータセンターアクセラレータカードと、FPGAを大規模に展開するための新しい標準ベースのAPI駆動型クラスタリングソリューションを紹介しました。同社によれば、数百枚のAlveoカードのクラスタリングを可能にし、アプリケーションとクラスターの両方の高レベルのプログラマビリティを可能にすることで、この新しいカードにより、Alveoコンピューティング機能をスケールアウトして、ハイパフォーマンスコンピューティング（HPC）ワークロードを以前よりも簡単かつ効率的にターゲットにできます。

ザイリンクスによると、Alveo U55Cカードは、HPCおよびビッグデータワークロード専用に設計されており、Alveoアクセラレータポートフォリオで最高のコンピューティング密度とHBM（高帯域幅メモリ）容量を提供します。新しいザイリンクスRoCEv2ベースのクラスタリングソリューションとともに、大規模なコンピューティングワークロードを持つ幅広いお客様が、既存のデータセンターインフラストラクチャとネットワークを使用して強力なFPGAベースのHPCクラスタリングを実装できるようになりました。アーキテクチャ上、FPGAベースのアクセラレータは、多くの計算集約型ワークロードに最小のコストで最高のパフォーマンスを提供すると主張しています。お客様の既存のインフラストラクチャとネットワークを使用してAlveoHPCクラスターを作成できるようにする標準ベースの方法論を導入しています。

同社によれば、これはデータセンター全体でAlveoとアダプティブコンピューティングを広く採用するための大きな飛躍です。

ザイリンクスのデータセンターのHPCプロダクトマネージャーであるNathanChangは、embedded.comとのインタビューで、次のように述べています。「コンピューティングが常にボトルネックであるとは限らないことがわかり始めています。実際には、多くの場合、それはメモリ帯域幅である傾向があります。ますます多くのコンピューティングの問題がメモリ帯域幅の限界になりつつあります。そこで、カードを1つのスロットにスリム化し、そのカードのHBMを2倍にしました。しかし、さらに重要なのは、これらのカード全体にスケールアウトする機能と、数百枚のカードで大規模なクラスターを作成し、それらのカード上のすべてのHBMをターゲットにする機能を提供したことです。」

彼は続けました。「Alveoカードのクラスター全体で帯域幅のロックを解除することは、私たちのコミュニティにとって常に大きな努力でした。開発者は、チームを作成してから、ニーズを満たすために独自のクラスタリング設計を作成する必要がありました。現在、オープンスタンダードベースのクラスタリングパッケージを提案しています。つまり、各カードで200Gbpsの帯域幅を備えたイーサネット全体でRoCEv2とデータセンターブリッジングを活用する予定です。」

「これは、データセンターの既存のインフラストラクチャで、これらのカードを既存のサーバーに配置し、既存のイーサネットネットワークで活用し、パフォーマンスと遅延でInfiniBandと競合できることを意味します。」

「もう1つの重要なポイントは、より大きなワークロードのための余地を作るだけでなく、開発コミュニティがVitisにアクセスしやすくなるようにすることです。 RTLやVerilogを理解する必要はもうありません。 Alveoカードをプログラムし、C、C ++、Pythonなどの既存の高級言語でAlveoボードをターゲットにすることができます。」

HPCおよびビッグデータ向けのAlveoU55C機能

Alveo U55Cカードは、今日のHPCワークロードに必要な多くの主要機能を組み合わせています。ザイリンクスによると、データパイプラインの並列処理、優れたメモリ管理、パイプライン全体での最適化されたデータ移動、およびAlveoポートフォリオで最高のワットあたりのパフォーマンスを実現します。このカードは、シングルスロットのフルハイト、ハーフレングス（FHHL）フォームファクタで、最大電力は150Wと低くなっています。優れた計算密度を提供し、HBM2をその前身であるデュアルスロットAlveoU280カードと比較して16GBに2倍にします。したがって、新しいU55Cは、高密度のAlveoアクセラレータベースのクラスターを作成するために、より小さなフォームファクタでより多くのコンピューティングを提供します。これは、高密度ストリーミングデータ、高IO計算、およびビッグデータ分析やAIアプリケーションのようなスケールアウトを必要とする大規模なコンピューティングの問題を対象としています。

RoCE v2とデータセンターブリッジングを200 Gbpsの帯域幅と組み合わせて活用することで、API駆動のクラスタリングソリューションは、ベンダーロックインなしでパフォーマンスとレイテンシーでInfiniBandネットワークと競合するAlveoネットワークを可能にします。 MPI統合により、HPC開発者はザイリンクスVitisユニファイドソフトウェアプラットフォームからAlveoデータパイプラインをスケールアウトできます。同社は、既存のオープンスタンダードとフレームワークを利用して、サーバープラットフォームやネットワークインフラストラクチャに関係なく、共有ワークロードとメモリを使用して、数百のAlveoカードにスケールアウトできるようになったと述べました。

ソフトウェア開発者とデータサイエンティストは、Vitisプラットフォームを利用したアプリケーションとクラスターの両方の高レベルのプログラマビリティを通じて、Alveoとアダプティブコンピューティングのメリットを享受できます。ザイリンクスは、ハードウェアの専門知識がなくても、ソフトウェア開発者やデータサイエンティストがアダプティブコンピューティングにアクセスしやすくするために、Vitis開発プラットフォームとツールフローに多額の投資を行っていると述べています。 PytorchやTensorflowなどの主要なAIフレームワークがサポートされているほか、C、C ++、Pythonなどの高級プログラミング言語がサポートされているため、開発者は特定のAPIやライブラリを使用してドメインソリューションを構築したり、ザイリンクスソフトウェア開発キットを利用して主要なHPCを簡単に高速化できます。既存のデータセンター内のワークロード。

カードを使用しているのは誰ですか？

Chang氏は、同社はU55Cカードを使用した概念実証設計についていくつかの組織と協力していると述べました。

そのうちの1つは、オーストラリアの国立研究機関であるCSIROと、GPUではなくU55Cを使用した世界最大の電波天文学アンテナアレイです。Alveoカードはシングルスロットカードを有効にし、NIC（ネットワークインターフェイスカード）を必要としないためです。 CSIROは、スクエアキロメートルアレイ電波望遠鏡での信号処理にAlveoU55Cカードを利用しています。 AlveoカードをHBMを備えたネットワーク接続アクセラレータとして展開すると、HPC信号処理クラスター全体で大規模な大規模なスループットが可能になります。 Alveoアクセラレータベースのクラスタにより、CSIROは、131,000アンテナからのデータをリアルタイムで集約、フィルタリング、準備、および処理するという大規模な計算タスクに取り組むことができます。信号処理クラスター全体の460GbpsのHBM2帯域幅は、P4対応の100Gbpsスイッチ間で完全にネットワーク化された420枚のAlveoU55Cカードによって提供されます。 Alveo U55Cクラスターは、コンパクトな電力とコスト効率の高いフットプリントで、15Tb / sの全体的なスループットで処理パフォーマンスを提供します。 CSIROは現在、他の電波天文学または隣接する業界が同じ成功を収めるのを支援するために、Alveoリファレンスデザインの例を完成させています。

もう1つの使用例は、Ansys LS-DYNAクラッシュシミュレーションソフトウェアです。これは、世界中のほぼすべての自動車会社で使用されています。安全および構造システムの設計は、コンピューター支援設計有限要素法（FEM）シミュレーションによる物理的衝突試験のコストを軽減するため、モデルのパフォーマンスに依存します。 FEMソルバーは、数億の自由度でシミュレーションを駆動する主要なアルゴリズムです。これらの巨大なアルゴリズムは、PCG、スパース行列、ICCGなどのより基本的なソルバーに分割できます。 LS-DYNAは、ハイパーパラレルデータパイプラインを備えた多くのAlveoカードにスケールアウトすることで、x86CPUと比較してパフォーマンスを5倍以上高速化できます。これにより、ゲームを変更するシミュレーション時間の恩恵を受けるLS-DYNAの顧客がいるAlveoパイプラインでのクロックサイクルあたりの作業量が増加します。 「絶え間ない革新の精神で、ザイリンクスと協力して、LS-DYNAシミュレーションアプリケーションで、暗黙の力学の計算ワークロードの90％を占めることができる有限要素ソルバーを大幅に高速化することに興奮しています」とWimSlagter氏は述べています。 、Ansysの戦略的パートナーシップディレクター。 「ザイリンクスアクセラレーションが、将来のエンジニアリングにおけるイノベーターをサポートするという私たちの使命に役立つことを楽しみにしています。」

ザイリンクスは、主要なグラフ分析プラットフォームのプロバイダーであるTigerGraphの3番目の例を引用しました。同社は、複数のAlveo U55Cカードを使用して、グラフベースの推奨およびクラスタリングエンジンを駆動する2つの最も多作なアルゴリズムをクラスタリングおよび高速化します。グラフデータベースは、データサイエンティストにとって破壊的なプラットフォームです。グラフはサイロからデータを取得し、データ間の関係に焦点を合わせます。グラフの次のフロンティアは、それらの答えをリアルタイムで見つけることです。 Alveo U55Cは、レコメンデーションエンジンのクエリ時間と予測を数分から数ミリ秒に短縮します。複数のU55Cカードを利用して分析をスケールアップすることにより、優れた計算能力とメモリ帯域幅により、CPUベースのクラスターと比較してグラフクエリの速度が最大45倍高速になります。スコアの品質も最大35％向上し、信頼性が高まり、誤検知が1桁台前半まで劇的に減少します。

Alveo U55Cカードは現在、ザイリンクスのWebサイトおよびザイリンクス正規販売代理店から入手できます。また、パブリッククラウドベースのFPGA-as-a-serviceプロバイダーを介した評価や、プライベートプレビュー用の一部のコロケーションデータセンターでも利用できます。クラスタリングは現在プライベートプレビューで利用可能であり、来年の第2四半期に一般提供が予定されています。