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。F1 理想的目标应用程序具备为数不多的不同操作,而且这些操作占应用程序运行时的很大一部分。此类应用程序的示例包括大数据分析、基因组学、电子设计自动化 (EDA)、图像和视频处理、压缩、安全以及搜索/分析。当需要以较低的总体成本处理大量数据,或者当加速有助于显著缩短计算时间时,客户都使用 F1 实例。

F1 实例提供多样化的开发环境:从底层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。

f1

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

基因组学研究人员必须处理的生物信息数据的数量和复杂性不断增加,而且他们必须处理 PB 级的数据才能快速满足医生及其患者的需求。对于此类有时间要求的使用案例,F1 实例是理想的解决方案,同时也是处理大量数据时的理想选择。FPGA 的计算成本最低可达到 AWS 上最新 CPU 实例的三十分之一。

财务分析

金融服务行业对多种应用程序的加速计算功能需求一直在不断增加,包括风险建模和分析、针对安全性的事务分析、数据分析等。金融服务组织可以使用 F1 实例来提高风险建模和分析的准确性,从而显著改进他们的决策制定流程,并更快获得结果,以便交易者可以根据最新数据做出更好的判断。利用 CPU,银行每天只能进行一次风险建模,而使用 FPGA,他们可以使用实时分析。

实时视频处理

高性能直播级视频应用程序(如视频分析及视频转码和压缩)需要使用实时分析功能。视频压缩是节省 ISP 带宽的一个特定使用案例。实时视频压缩使向客户流式传输直播视频的组织能够节省服务提供商带宽成本。F1 实例是满足这些应用程序要求的理想解决方案,且不会影响视频质量。

高通量图像处理

大型网站可以在数据传输过程中节省执行图像转码的存储空间。例如,处理来自智能手机客户的大量数据。

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要求。

网络和安全性

AWS FPGA 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,云 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,以及需要实时进行自定义数据包处理的任何其他网络应用。

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,并快速预配置您所需的资源,以便编写和测试您的 FPGA 设计。

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。 

博客文章

Jeff-Barr_Bio-Pic

EC2 F1 Instances with FPGAs – Now Generally Available

“这种高度并行的模型非常适合构建定制加速器来处理计算密集型问题。经过适当的编程,FPGA 有可能将许多类型的基因组学、地震分析、财务风险分析、大数据搜索以及加密算法和应用的速度提升 30 倍。”

Jeff Barr

2017 年 4 月 19 日

aaronfriedman

How DNAnexus and Edico Genome are Powering Precision Medicine on Amazon Web Services (AWS)

“Edico Genome 现在部署在我们基于 FPGA 的 Amazon EC2 F1 实例上。在 f1.2xlarge 实例类型上约 70 分钟就能处理整个基因组序列,在 f1.16xlarge 实例类型上则需要约 30 分钟。这样的速度可比目前最先进的算法快 10 倍以上。”

Aaron Friedman 和 Ujjwal Ratan

2017 年 9 月 27 日

miachampion

Bringing Datacenter-Scale Hardware-Software Co-design to the Cloud with FireSim and Amazon EC2 F1 Instances

“FireSim 降低了入门门槛,让每个人都能更轻松地利用 FPGA 加速的计算环境的强大功能。”

Mia Champion

2017 年 10 月 25 日

aaronfriedman

大规模加速精准医学

“Edico Genome 与费城儿童医院 (CHOP) 合作,演示了名为 DRAGEN 的 FPGA 加速式基因组管道软件...这创造了 1000 个完整人类基因组分析速度最快的吉尼斯世界纪录,他们当时使用的是单个 AWS 区域中的 1000 个 EC2 f1.2xlarge 实例。”

Aaron Friedman 和 Angel Pizarro

2017 年 11 月 16 日

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