Amazon EC2 F1 实例

实现在云中更快地开发和部署 FPGA 加速器

Amazon EC2 F1 实例使用 FPGA 实现自定义硬件加速交付。F1 实例易于编程,并且配备了开发、模拟、调试和编译硬件加速代码所需的各种资源,包括 FPGA Developer AMI 并支持在云上进行硬件级开发。使用 F1 实例部署硬件加速在许多应用程序中都非常有用,可解决需要高带宽、增强型联网和超高计算能力的复杂科学、工程和业务问题。 可受益于 F1 实例加速的目标应用示例涉及基因组学、搜索/分析、图片和视频处理、网络安全、电子设计自动化 (EDA)、图片和文件压缩以及大数据分析。

F1 实例提供多样化的开发环境:从低级硬件开发人员到更熟悉 C/C++ 和 openCL 环境(可在我们的 GitHub 上使用)的软件开发人员,都有合适的环境。FPGA 设计完成后,您可以将其注册为 Amazon FPGA Image (AFI),然后将其部署到您的 F1 实例,只需单击几下即可完成部署。您可以多次重复使用您的 AFI,并可以根据需要在多个 F1 实例上使用。使用 FPGA Developer AMI 时,无需支付开发工具软件费用,您可以按需在 F1 实例上对 FPGA 多次进行编程,无需额外付费。

Amazon EC2 F1 实例具有用于硬件加速的可自定义 FPGA (2:13)
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免费试用:高达 10,000 USD 适用于 Amazon EC2 F1 实例的 AWS 服务抵扣金,非常适用于基因组学、数据库加速和实时视频处理应用。

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优势

可扩展的高性能计算

与本地系统不同,在 Amazon EC2 F1 实例上运行高性能计算几乎可以实现无限的容量来扩展您的基础设施,并且让您可以按照工作负载需求轻松灵活地更改资源。您可以配置资源以满足应用程序的需求,并在几分钟内启动所需数量的 FPGA 实例,且只需按实际使用量付费。

计算时间最多可缩减 100 倍

与 CPU 相比,Amazon EC2 F1 实例可将速度提升高达 100 倍,适用于各种受计算限制的应用程序。客户可以直接在 AWS Marketplace 中发现、测试和部署自定义加速器,从而轻松加速他们的计算管道。无需了解如何对 FPGA 进行编程,因为如同其他 EC2 实例软件,F1 技术合作伙伴开发的基于 F1 的产品已经过打包。

轻松加速开发

借助基于云的高级工具和流,开发人员可以专注于其增值加速逻辑,从而加速其 FPGA 的开发。开发人员可以通过自定进度在线教程获得实践经验,并可从许多 GitHub 示例中学习。为了简化调试过程,AWS 开发出了虚拟 JTAG 等虚拟硬件调试工具,提供熟悉的开发环境,让多个开发人员可以在不依赖于有限的本地资源的情况下取得进展。

使用案例

基因组学研究

Amazon EC2 F1 实例是处理大量基因组学数据的理想之选,能够以最快处理速度获得结果,同时保持卓越的准确度和低廉的每个基因组成本。与 AWS 上基于 CPU 的最新实例相比,FPGA 可为新一代测序 (NGS) 计算提供提供高达 30 倍的加速。

联网和安全性

Amazon EC2 F1 实例具备使用虚拟以太网功能以线路速率高效计算网络数据包的能力。借助此功能,FPGA 可用于深度数据包检测或高性能负载均衡器等安全应用程序,或需要实时进行数据包处理的其他联网应用程序。

实时视频处理

与使用计算实例的应用程序相比,使用 F1 实例的直播视频转码应用程序的性能更高,F1 实例是满足这些应用程序要求的理想解决方案,可在保持质量的同时降低计算成本。

大数据搜索和分析

许多大数据应用程序对数据分析和搜索的数量、多样性和速度要求不断提高,导致客户正在寻求硬件加速来满足这些要求。对于这些应用程序,客户可以利用 F1 实例的增强性能来满足其大数据分析和搜索需求。

财务分析

财务组织可利用 F1 实例更快地获得风险建模和分析、安全性事务分析及其他工作负载的结果。

功能

现场可编程门阵列 (FPGA)

FPGA 是可以重新编程的硬件设备,可以实现任何逻辑功能。这让 FPGA 类似于定制芯片(又称为专用集成电路,即 ASIC),让开发人员能够创建自定义处理器/加速器,提供专为加速特定工作负载而量身定制的优化计算。与 CPU 和 GPU 等固定功能计算的解决方案相比,FPGA 可在特定情况下实现显著的加速。

硬件开发工具包

开发人员可以通过创建 AWS 账户并下载 AWS FPGA 硬件开发工具包 (HDK) 开始使用 F1 实例。该工具包可在 GitHub 上使用,且包含 F1、内部 FPGA 接口和用于生成 Amazon FPGA Image (AFI) 的编译器脚本的所有文档。AWS FPGA 支持多种开发环境,硬件开发人员和软件开发人员都可以使用。HDK 提供完全自定义的硬件开发,并且软件定义环境允许使用 C/C++/OpenCL 代码开发加速,无需具备任何硬件知识。这样可以针对 EC2 F1 实例快速进行 FPGA 开发。

FPGA Developer AMI

FPGA Developer AMI 附带免费的 Xilinx Vivado 和一个预先打包的工具开发环境,其中包含用于模拟 FPGA 设计、构建和注册 AFI 的脚本和工具。FPGA Developer AMI 还包含用于调试和编译代码的工具。您可以在 Amazon EC2 实例上部署 FPGA Developer AMI,并快速预置您所需的资源,以便编写和测试您的 FPGA 设计。

客户案例

我们已经能够使用基于 FPGA 的 F1 实例大大加快整个基因组测序的过程。因此,过去需要 20 个小时的计算时间才能完成的任务现在仅需 3 个小时即可完成。

Torsten Haferlach教授博士,慕尼黑白血病实验室首席执行官

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技术合作伙伴

BigStream-logo

Bigstream 是一种面向 Apache Spark 的自动加速技术。其包括一个编译器和运行时,可将 Spark 应用程序任务的执行路由到 Amazon F1 FPGA 实例上,而无需更改用户代码。可为用户带来高达 10 倍的性能提升。除了单节点运行之外,Bigstream 还支持 F1 实例集群。Bigstream 作为适用于 Amazon Elastic Compute Cloud (EC2) F1 实例(所有大小)的 Amazon 系统映像 (AMI),在公共预览中免费提供。

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Merlin™ Compiler 通过一个简单的软件编程模型使应用程序开发人员无需任何硬件知识即可享受 FPGA 加速。其提供了一个从 C/C++ 到高度优化的 FPGA 加速器的自动化编译流程。其可以显著提高生产率,同时保持与手动优化相当的性能。

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Illumina DRAGEN Bio-IT 平台可准确、超快速地对测序数据进行二次基因分析。其使得各种规模和学科的实验室将自己的基因数据用于更广泛的研究。DRAGEN 平台利用基于 FPGA 的 Amazon EC2 F1 实例实现由硬件加速的基因分析算法,例如 BCL 转换、映射、校准、排序、重复标记和单倍型变体调用。在 DRAGEN 平台上利用 Amazon EC2 F1 实例执行人类基因二次分析只需花费不到 20 分钟的时间,与不加速相比,速度提高了 30 倍。可从此处或通过 Illumina BaseSpace 测序中心获取利用 AWS 的 Dragen。

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InAccel FPGA-Accelerated ML (AML) 套件提供一系列适用于机器学习应用程序的在 Amazon EC2 F1 实例上运行的加速器。使用流行框架(例如 Apache Spark、Scikit-learn 和 Keras)开发的应用程序可使用 InAccel FPGA-Accelerated ML 套件进行加速。此套件以完全集成的 AMI 形式交付,可用于加速用于进行分类和集群的深度学习和机器学习算法。InAccel 的新型“FPGA 资源管理器”Docker 容器可处理所有可用的 FPGA 资源,使得开发人员能够将自己的容器化工作负载无缝扩展到多个 F1 实例。

Reniac-logo

rENIAC 是一种由 Amazon EC2 F1 实例实现的完全托管、高度可用的 Cassandra 加速器,与仅 Cassandra 相比,此加速器可存储多 TB 的热数据,从而将性能提升了 10 倍,密度提高了 10 倍,延迟降低了 15 倍。rENIAC 利用 SSD 来缓存数据,与基于 FPGA 的加速紧密耦合,以类似于内存的性能来访问和服务以 TB 计的数据。rENIAC 还与 DataStax 集群兼容。

Socianext-logo

Socionext 是视频处理与分发产品的一流供应商,拥有数十年基于硬件的解决方案方面的专业知识,这些知识对于开发强大的创新型基于 FPGA 的虚拟服务器平台至关重要。通过与 AWS 合作,Socionext 提供了一种在 Amazon EC2 F1 实例上运行的由硬件加速、基于云的编码解决方案,可确保一致、优质的视频流,同时大幅降低处理时间和交付成本。

Trend-Micro

Trend Micro 通过 Trend Micro Cloud One 平台为 AWS 客户提供自动化、灵活的一体化安全性。作为高级技术合作伙伴,Trend Micro 利用 Amazon EC2 F1 实例来使得我们的共同客户能够最大程度提高计算效率和性能以检查网络流量,从而使客户能够快速高效地在 AWS 上部署广泛的可扩展网络层安全。

Valtix-logo

“使用 Amazon EC2 F1 实例,Valtix 可以提供高性能和低延迟的 SSL 加密/解密和用于威胁检测的深度包检查 (DPI)。”Valtix 的首席技术官和联合创始人 Vijay Chander 表示。“这一服务作为业界首个原生云高级网络安全服务,可防止攻击、防御外泄并阻止威胁横向移动,使得 Valtix 处于优势地位。客户可以快速发现自己的云应用程序、部署自动扩展安全及保护自己的应用程序。”

F1 实例在教育和研究领域的应用

教育工作者和研究人员可以使用 F1 实例按需访问可编程硬件 (FPGA),而不需要购买将在大部分时间内闲置的昂贵硬件,F1 实例使您可以在无法访问硬件时远程访问可编程硬件 (FPGA),并且专门用于远程学习设置,请访问适合教育工作者的 Amazon EC2 F1 实例了解更多信息。

产品详细信息

​名称 FPGA
vCPU 实例内存 (GiB) SSD 存储 (GB) 增强型联网 EBS 优化 按需价格/小时* 一年期预留实例的有效小时* 三年期预留实例的有效小时*
f1.2xlarge 1
8 122 470
1.65 USD 1.06 USD 0.76 USD
f1.4xlarge 2 16 244
940
3.30 USD 2.12 USD 1.52 USD
f1.16xlarge 8
64 976
4 x 940
13.20 USD 8.50 USD 6.10 USD

* 所示价格适用于美国东部(弗吉尼亚北部)AWS 区域的 Linux/Unix,价格已四舍五入至最接近的美分。一年期和三年期预留实例的价格适用于“预付部分费用”的付款方式。如需完整的定价详情,请参阅 Amazon EC2 定价页面。 

博客帖子和文章

作者:AWS 公共部门博客团队
2019 年 4 月 19 日
 
作者:Michael V. Copeland
2019 年 8 月 1 日
Aaron Friedman 和 Angel Pizarro
2017 年 11 月 16 日

教程

使用 SDAccel 和 RTL Kernels 在 AWS F1 上进行开发 – 第 1 部分(共 4 部分)(30:43)
使用 SDAccel 和 RTL Kernels 在 AWS F1 上进行开发 – 第 2 部分(共 4 部分)(9:21)
使用 SDAccel 和 RTL Kernels 在 AWS F1 上进行开发 – 第 3 部分(共 4 部分)(41:36)
使用 SDAccel 和 RTL Kernels 在 AWS F1 上进行开发 – 第 4 部分(共 4 部分)(31:09)

合作伙伴解决方案

Edico Genome 使用 AWS F1 实例进行基于云的基因组分析:由 Xilinx 提供技术支持 (3:11)
rENIAC 使用 Amazon EC2 F1 实例提供数据存储加速即服务:由 Xilinx 提供技术支持 (3:05)
Bigstream 实现了无缝超加速 (3:48)
NGCodec 使用 Amazon EC2 F1 实例在云中对视频进行编码:由 Xilinx 提供技术支持 (3:20)

其他资源

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借助新版快速入门在 AWS 云中部署 Illumina DRAGEN 

Illumina DRAGEN Bio-IT 平台:版本 3.6 更新提供的新功能 (51:16)
Amazon EC2 F1 实例简介 (0:59)
FPGA 使用 Amazon EC2 F1 实例加快计算 (49:29)

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