Amazon EC2 F1 インスタンス

クラウドでの FPGA アクセラレータの開発とデプロイを迅速化

Amazon EC2 F1 インスタンスは、FPGA を使用してカスタムハードウェアアクセラレーションを実現できます。F1 インスタンスは、FPGA Developer AMI とクラウドでのハードウェアレベルの開発サポートを含めて、ハードウェアアクセラレーションコードの開発、シミュレーション、デバッグ、コンパイルに必要なすべての機能を備えているため、簡単にプログラミングを行うことができます。ハードウェアアクセラレーションを展開するために F1 インスタンスを使用することは、広帯域幅、高度なネットワーキング、非常に高いコンピューティング機能を必要とする複雑な科学、工学、ビジネスの問題を解決する多くのアプリケーションで役立ちます。F1 に適したターゲットアプリケーションは、アプリケーションの実行時間のかなりの部分を占める、適度な数の個別の操作があるアプリケーションです。このようなアプリケーションの例としては、ビッグデータ分析、ゲノミクス、電子設計オートメーション (EDA)、画像および動画処理、圧縮、セキュリティ、検索/分析などがあります。全体のコストを抑えて大量のデータを処理する必要がある場合や、高速化によってコンピューティング時間が大幅に短縮される場合に、顧客は F1 インスタンスを使用しています。

F1 インスタンスは、低レベルのハードウェア開発者から、C/C++ や openCL 環境 (GitHub で利用可能) がより快適であるソフトウェア開発者まで、多様な開発環境を提供します。FPGA の設計が完了すると、それを Amazon FPGA Image (AFI) として登録し、わずか数クリックで使用している F1 インスタンスにデプロイすることができます。作成した AFI は、すべての必要な F1 インスタンスで何度でも再利用できます。FPGA Developer AMI を使用する場合、開発ツールにソフトウェア料金はかかりません。また、追加料金なしで、F1 インスタンスで FPGA を何度でもプログラムできます。

f1

利点

スケーラブルでパフォーマンスに優れたコンピューティング

オンプレミスのシステムとは異なり、Amazon EC2 F1 インスタンスでハイパフォーマンスコンピューティングを実行すると、事実上無制限の容量でインフラストラクチャをスケールアウトできます。また、ワークロードの需要に応じてリソースを簡単に変更できる柔軟性があります。アプリケーションの必要に応じてリソースを設定し、必要なだけの FPGA インスタンスを数分以内に起動できます。料金は、利用した分のみを支払います。

コンピューティング時間を最大 100 倍高速化

Amazon EC2 F1 インスタンスは、さまざまなコンピュートバウンドのアプリケーションの CPU と比較して最大 100 倍の高速化を実現します。顧客は、AWS Marketplace から直接カスタムアクセラレータを発見、テスト、デプロイして、コンピューティングパイプラインを簡単に高速化できます。F1 テクノロジパートナーによって開発された F1 ベースの製品は他の EC2 インスタンスソフトウェアと同様にパッケージ化されているため、FPGA のプログラミング方法を知る必要はありません。

アクセラレーションの開発が簡単

開発者は、クラウドベースの高度なツールとフローを使用して、FPGA 開発を高速化させることができるので、付加価値が高い高速化ロジックに集中できます。また、セルフペースのオンラインチュートリアルで実際に体験したり、多くの GitHub サンプルから学ぶことができます。デバッグプロセスを容易にするために、AWS は仮想 JTAG などの仮想ハードウェアデバッグツールを開発しました。これにより、限定されたオンプレミスリソースに依存することなく複数の開発者が慣れ親しんだ開発環境で作業を進めることができます。

ユースケース

ゲノミクス研究

ゲノミクス研究者が処理しなければならない生物学的データの量と複雑さは増え続けており、医師とその患者のニーズを速やかに満たすにはペタバイトのデータを処理しなければなりません。F1 インスタンスは、こうした時間的な制約があるユースケースに理想的なソリューションであり、大量のデータを処理するのにも理想的です。FPGA は、AWS の最新の CPU インスタンスと比較して最大 30 倍優れたコンピューティングコストを提供できます。

金融分析

金融サービス業界では、リスクモデリングと分析、セキュリティのためのトランザクションの分析、データ分析など、幅広いアプリケーション向けのコンピューティング能力の高速化に対するニーズが拡大しています。金融サービス機関では、F1 インスタンスを使用することで、リスクモデリングや分析の正確さを向上させ、意思決定プロセスを劇的に向上させ、最新のデータに基づいてトレーダーがより良い判断ができるように結果をより速く得ることができます。CPU を使用する場合、銀行は 1 日に 1 回のリスクモデリングしか実行できませんが、FPGA を使用する場合、リアルタイム分析を利用できます。

リアルタイム動画処理

動画分析、動画変換と圧縮などの、高性能なライブブロードキャスト品質の動画アプリケーションには、リアルタイム要件があります。動画圧縮は ISP の帯域幅を節約するための特定のユースケースであり、ライブ動画圧縮は顧客にライブ動画をストリーミングする組織がサービスプロバイダーの帯域幅コストを節約することを可能にします。F1 インスタンスは、品質を犠牲にせずにこうしたアプリケーションの要件を満たせる理想的なソリューションです。

高スループットの画像処理

大規模なウェブサイトでは、その場で画像の変換を実行することでストレージを節約できます。たとえば、スマートフォンを使用している顧客からの大量のデータを処理します。

ビッグデータ検索と分析

多くのビッグデータアプリケーションでは、データの分析と検索の要件が量、種類、速度の面で厳しくなり続けているため、それらに対応するためにハードウェアアクセラレーションが必要とされつつあります。これらのアプリケーション向けに、パフォーマンスが向上した F1 インスタンスを活用して、ビッグデータの分析と検索についての要件を満たすことができます。

ネットワークとセキュリティ

AWS FPGA には、仮想イーサネット機能を使用してネットワークパケットをラインレートで効率的に計算する機能が含まれています。この機能により、クラウド FPGA は、ディープパケットインスペクションや高性能ロードバランサなどのセキュリティアプリケーションや、リアルタイムのカスタムパケット処理を必要とするその他のネットワーキングアプリケーションで使用できます。

特徴

フィールドプログラマブルゲートアレイ (FPGA)

FPGA は、任意の論理機能を実施することができる再プログラム可能なハードウェア装置です。このため、FPGA はカスタムシリコン (別名、特定用途向け集積回路または ASIC) に似た存在になり、開発者は特定のワークロードを高速化するために最適化されたコンピューティングを提供するカスタムプロセッサ/アクセラレータを作成することができます。これにより、特定のケースでは、CPU や GPU などの固定機能の計算ソリューションと比べて大幅な高速化が可能になります。

開発キット

開発者は、AWS アカウントを作成し、AWS FPGA 開発キットをダウンロードすることで、F1 インスタンスを使用し始めることができます。このキットは GitHub から入手可能であり、F1 に関するすべてのドキュメント、内部 FPGA インターフェイス、Amazon FPGA イメージ (AFI) を生成するためのコンパイラスクリプトが含まれています。AWS FPGA は、ハードウェア開発者とソフトウェア開発者の両方に役立つように複数の開発環境をサポートしています。HDK は、完全にカスタム化されたハードウェア開発と、ハードウェアに関する知識を必要とせずに C/C++/OpenCL コードを使用して高速化を開発できるソフトウェア定義環境を提供します。これにより、EC2 F1 インスタンス用の高速な FPGA 開発が可能になります。

FPGA Developer AMI

FPGA Developer AMI には、Xilinx Vivado が追加のソフトウェア料金なしで、また FPGA の設計をシミュレートし、AFI を構築および登録するためのスクリプトとツールを含むパッケージ化されたツール開発環境が含まれています。FPGA Developer AMI には、コードのデバッグやコンパイルのためのツールも含まれています。FPGA Developer AMI を Amazon EC2 インスタンスにデプロイし、FPGA 設計の作成とテストに必要なリソースを速やかにプロビジョニングすることができます。

製品の詳細

名前 FPGA
vCPU インスタンスメモリ (GiB) SSD ストレージ (GB) 拡張ネットワーキング EBS 最適化 オンデマンド料金/時間* 1 年間のリザーブドインスタンスの実質的時間単価* 3 年間のリザーブドインスタンスの実質的時間単価*
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

* 提示されている料金は、米国東部 (バージニア北部) AWS リージョン内で使用される Linux/Unix に対する料金であり、1 セント未満は四捨五入しています。1 年間および 3 年間のリザーブドインスタンスの料金は、「一部前払い」支払いオプションの場合です。すべての価格詳細を確認するには、Amazon EC2 料金ページを参照してください。 

ブログ投稿と記事

Jeff-Barr_Bio-Pic

FPGA 対応の EC2 F1 インスタンス – 一般提供開始

「この高度に並列化されたモデルは、コンピューティング集約型の問題を処理するためのカスタムアクセラレータを構築するのに理想的です。適切にプログラムされた FPGA は、多くの種類のゲノミクス、地震解析、財務リスク分析、ビッグデータ検索、暗号化アルゴリズムおよびアプリケーションで 30 倍のスピードアップをもたらす可能性があります。」

Jeff Barr

2017 年 4 月 19 日

aaronfriedman

DNAnexus と Edico Genome がアマゾン ウェブ サービス (AWS) で精密医療を推進している方法

「現在、Edico Genome は FPGA ベースの Amazon EC2 F1 インスタンスにデプロイされており、f1.2xlarge インスタンスタイプでは約 70 分、f1.16xlarge インスタンスタイプでは約 30 分でゲノムシーケンス全体を処理できます。こうした速度は、現在の最先端のアルゴリズムと比べても 10 倍以上速い可能性があります。」

Aaron Friedman および Ujjwal Ratan

2017 年 9 月 27 日

miachampion

FireSim および Amazon EC2 F1 インスタンスを使用してデータセンター規模のハードウェア - ソフトウェア協調設計をクラウドに移行する

「FireSim は入り易くして、すべての人が FPGA で高速化されたコンピューティング環境のパワーを活用することをより簡単にします。」

Mia Champion

2017 年 10 月 25 日

aaronfriedman

精密医療を大規模に高速化する

「Edico Genome は、フィラデルフィア小児病院 (CHOP) と連携して、FPGA で高速化された DRAGEN というゲノムパイプラインソフトウェアを実証しました...単一の AWS リージョンで 1,000 の EC2 f1.2xlarge インスタンスを使用して、1,000 のヒトゲノム全体の最速分析のギネス世界記録を樹立したのです。」

Aaron Friedman および Angel Pizarro

2017 年 11 月 16 日

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