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デプロイするために F1 インスタンスを使用することは、多くのアプリケーションにおいて、広帯域幅、高度なネットワーク、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、ビジネス上の問題を解決する点で役立ちます。 F1 インスタンスアクセラレーションが役に立つターゲットアプリケーションとしては、ゲノミクス、検索/分析、画像および動画処理、ネットワークセキュリティ、電子設計オートメーション (EDA)、画像およびファイル圧縮、ビッグデータ分析などがあります。

F1 インスタンスでは、低レベルのハードウェアデベロッパーから、C/C++ や openCL 環境 (GitHub で利用可能) に慣れているソフトウェアデベロッパーに至るまで、さまざまな開発環境が提供されます。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。

ハードウェアアクセラレーション用にカスタマイズ可能な FPGA を備えた Amazon EC2 F1 インスタンス (2:13)

ベネフィット

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

Amazon EC2 F1 インスタンスは、大量のゲノミクスデータを処理し、結果を最短に、最高の精度で、ゲノムあたりのコストを低く抑えるための最適なオプションです。FPGA は、AWS の最新の CPU ベースのインスタンスと比較して最大 30 倍のパフォーマンスを提供できる、世代シーケンス(NGS)コンピューティングアクセラレーションを備えてます。

ネットワークとセキュリティ

Amazon EC2 F1 インスタンスには、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、ディープパケットインスペクションまたは高性能ロードバランサー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クアプリケーションなどで、クラウド FPGA が使用できるようになります。

リアルタイム動画処理

F1 インスタンスを使用するライブブロードキャストビデオトランスコーディングアプリケーションは、コンピューティングインスタンスを使用するアプリケーションよりも高いパフォーマンスを提供します。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。

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の要件を満たすことができます。

金融分析

金融機関は、他のワークロードに加え、F1 インスタンスを使用してリスクのモデリングや分析、セキュリティのトランザクション分析の結果をより速く得ることができます。

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すばやくプロビジョニングすることができます。

お客様事例

FPGA ベースの F1 インスタンスを使用したことで、全ゲノム配列の処理が大幅にスピードアップしました。その結果、以前は 20 時間かかっていたコンピューティングが、今ではたった 3 時間で行えています。

Torsten Haferlach 博士、Chief Executive Officer、Munich Leukemia Lab

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テクノロジーパートナー

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Bigstream は、ApacheSpark 向けの自動アクセラレーションテクノロジーです。これには、Spark アプリケーションタスクの実行をユーザーコードの変更が不要な Amazon F1 FPGA インスタンスにルーティングする、コンパイラとランタイムが含まれています。パフォーマンスが最大 10 倍向上します。Bigstream は、単一ノード動作に加えて、F1 インスタンスのクラスタリングもサポートしています。Bigstream は、すべてのサイズの Amazon Elastic Compute Cloud (EC2) F1 インスタンス用の Amazon Machine Image (AMI) として、パブリックプレビューで無料で利用できます。

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Merlin™ コンパイラにより、アプリケーションデベロッパーはハードウェアの知識を必要とせずにシンプルなソフトウェアプログラミングモデルを使って FPGA アクセラレーションを活用できます。Merlin™ コンパイラは、C/C ++ から高度に最適化された FPGA アクセラレータへの自動コンパイルフローを提供します。手動による最適化に匹敵するほどの性能を維持しながら、生産性を大幅に向上させることができます。

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イルミナ DRAGEN Bio-IT プラットフォームは、正確で、調高速なシーケンスデータの二次ゲノム解析を提供します。これにより、あらゆる規模と分野のラボがゲノムデータをさらに活用できるようになります。DRAGEN プラットフォームは、FPGA ベースの Amazon EC2 F1 インスタンスを使用して、BCL 変換、マッピング、アラインメント、ソート、重複マーキング、ハプロタイプバリアント呼び出しなどのゲノム分析アルゴリズムのハードウェアアクセラレーションによる実装を提供します。DRAGEN を使用したヒトゲノムの二次分析は、Amazon EC2 F1 インスタンスで 20 分未満で完了します。これは、アクセラレーションなしの場合よりも 30 倍高速です。Dragen on AWSは、こちらまたは Illumina BaseSpace sequencing hub から入手できます。

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InAccel FPGA-Accelerated ML(AML)Suite は、ML アプリケーション用の Amazon EC2 F1 インスタンスで実行されるアクセラレータのセットを提供します。Apache Spark、Scikit-learn、Keras などの一般的なフレームワークを使用して開発したアプリケーションは、InAccel FPGA-Accelerated MLSuite を使用して高速化できます。完全に統合された AMI として出荷され、分類やクラスタリング用の深層学習と機械学習のアルゴリズムを高速化するために使用できます。InAccel の新しい「FPGA リソースマネージャー」Docker コンテナは、利用可能なすべての FPGA リソースを処理し、デベロッパーがコンテナ化されたワークロードを複数の F1 インスタンスにシームレスにスケーリングできるようにします。

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rENIAC は、Amazon EC2 F1 インスタンスによって実現される完全マネージド型で可用性の高い Cassandra アクセラレーターであり、複数 TB のホットデータを保存して、Cassandra のみの場合に比べて最大 10 倍のパフォーマンス向上、10 倍の高密度化、15 倍のレイテンシー低減を実現します。 rENIAC は、SSD を活用してデータをキャッシュし、FPGA ベースのアクセラレーションと密結合させて、インメモリに近いパフォーマンスで TB のデータにアクセスしてサービスを提供します。 rENIAC は DataStax クラスターとも互換性があります。

Socianext-logo

ビデオ処理および配信製品の大手プロバイダーである Socionext は、強力で革新的な FPGA ベースの仮想サーバープラットフォームの開発に不可欠な、ハードウェアベースのソリューションに関する長期にわたって蓄積した専門知識を有しています。ソシオネクストは AWS と連携することで、Amazon EC2 F1 インスタンスでハードウェアアクセラレーションによるクラウドベースのエンコーディングソリューションを提供し、処理時間と配信コストを大幅に削減しながら、一貫性のある高品質のビデオストリームを保証します。

Trend-Micro

トレンドマイクロは、トレンドマイクロクラウドワンプラットフォームを介して、AWS のお客様に自動化された柔軟なオールインワンセキュリティを提供します。先進的なテクノロジーパートナーであるトレンドマイクロは、Amazon EC2 F1 インスタンスを活用して、共同のお客様がコンピューティングの効率とパフォーマンスを最大化してネットワークトラフィックを検証できるようにし、お客様が AWS に幅広くスケーラブルなネットワークレイヤーセキュリティを迅速かつ効率的にデプロイできるようにします。

Valtix-logo

「Amazon EC2 F1 インスタンスを使用することで、Valtix は脅威を検出するための、高性能で低レイテンシーの SSL 暗号化/復号化とディープパケットインスペクション(DPI)を提供できます。」と Valtix の CTO 兼共同創設者である Vijay Chander 氏は述べています。「これにより、Valtix は攻撃から保護し、侵入を防ぎ、脅威の横方向の移動を阻止する、業界初のクラウドネイティブの高度なネットワークセキュリティサービスとしての優位性を獲得します。お客様は、クラウドアプリを素早く発見でき、自動スケーリングセキュリティをデプロイして、アプリケーションを防御できます。」

教育および研究向けの F1 インスタンス

教育者や研究者は、高額で、ほとんどの時間においてアイドル状態となるハードウェアを購入する代わりに、オンデマンドで F1 インスタンスを使用して、プログラミング可能なハードウェア (FPGA) にアクセスできます。F1 インスタンスを使用すれば、ハードウェアにアクセスできない場合や、特に遠隔学習を設定する必要がある場合に、プログラミング可能なハードウェア (FPGA) へのリモートアクセスが実現できます。詳細については、Amazon EC2 F1 Instances For Educators をご覧ください。

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。 

チュートリアル

Developing on AWS F1 with SDAccel and RTL Kernels - Part 1 of 4 (30:43)
Developing on AWS F1 with SDAccel and RTL Kernels - Part 2 of 4 (9:21)
Developing on AWS F1 with SDAccel and RTL Kernels - Part 3 of 4 (41:36)
Developing on AWS F1 with SDAccel and RTL Kernels - Part 4 of 4 (31:09)

パートナーソリューション

Edico Genome Cloud-Based Genomic Analysis with AWS F1 Instances: Powered by Xilinx (3:11)
rENIAC Data Store Acceleration-as-a-Service with Amazon EC2 F1 Instances: Powered by Xilinx (3:05)
Bigstream Demonstrates Seamless Hyper-Acceleration (3:48)
NGCodec Video Encoding in the Cloud with Amazon EC2 F1 Instances: Powered by Xilinx (3:20)

その他のリソース

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新しいクイックスタートを使用して AWS クラウドに Illumina DRAGEN をデプロイ 

Illumina DRAGEN Bio-IT Platform: What is new with version 3.6 updates (51:16)
Introducing Amazon EC2 F1 Instances (0:59)
FPGA Accelerated Computing Using Amazon EC2 F1 Instances (49:29)

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