Amazon EC2 F1 인스턴스

클라우드에서 FPGA 액셀러레이터를 더 빠르게 개발하고 배포

Amazon EC2 F1 인스턴스에서 FPGA를 사용하여 사용자 지정 하드웨어 가속화를 제공할 수 있습니다. F1 인스턴스는 프로그래밍이 간단할 뿐만 아니라 FPGA Developer AMI 및 클라우드의 하드웨어 레벨 개발 지원을 비롯하여 하드웨어 가속화 코드를 개발, 시뮬레이션, 디버깅 및 컴파일하는 데 필요한 모든 것을 제공합니다. 대부분의 애플리케이션에서 F1 인스턴스를 사용하여 하드웨어 가속화 솔루션을 배포할 경우 높은 대역폭과 향상된 네트워킹, 매우 뛰어난 컴퓨팅 기능이 요구되는 복잡한 과학, 엔지니어링 및 비즈니스 문제를 해결할 수 있습니다. F1 인스턴스 가속화를 통해 이점을 얻을 수 있는 대상 애플리케이션의 예로는 유전체학, 검색/분석, 이미지 및 동영상 처리, 네트워크 보안, EDA(전자 설계 자동화), 이미지 맟 파일 압축, 빅 데이터 분석이 있습니다.

F1 인스턴스는 저수준 하드웨어 개발자부터 C/C++ 및 openCL 환경에 익숙한 소프트웨어 개발자를 위한 다양한 개발 환경을 제공합니다(GitHub에서 사용 가능). FPGA 설계가 완료되면 AFI(Amazon FPGA Image)로 등록한 후 클릭 몇 번으로 F1 인스턴스에 배포할 수 있습니다. AFI는 원하는 만큼 여러 번 그리고 원하는 수의 F1 인스턴스에서 재사용할 수 있습니다. FPGA 개발자 AMI를 사용할 때 개발 도구에 대한 소프트웨어 요금은 부과되지 않으므로 추가 비용 없이 원하는 만큼 F1 인스턴스에서 FPGA를 프로그래밍할 수 있습니다.

하드웨어 가속을 위해 사용자 지정 가능한 FPGA를 사용한 Amazon EC2 F1 인스턴스(2:13)

이점

확장 가능한 고성능 컴퓨팅

온프레미스 시스템과 달리 Amazon EC2 F1 인스턴스에서 고성능 컴퓨팅을 실행하면 거의 무제한의 용량으로 인프라를 확장하고, 워크로드에 필요할 때마다 손쉽고 유연하게 리소스를 변경할 수 있습니다. 애플리케이션의 수요에 맞춰 리소스를 구성하고 몇 분 만에 다수의 FPGA 인스턴스를 필요에 따라 시작할 수 있으며 사용한 만큼만 비용을 지불하면 됩니다.

컴퓨팅 속도를 최대 100배까지 가속화

Amazon EC2 F1 인스턴스는 다양한 컴퓨팅 구속 애플리케이션에서 CPU에 비해 최대 100배의 가속화를 제공합니다. 고객은 AWS Marketplace에서 직접 사용자 지정 액셀러레이터를 검색, 테스트 및 배포하여 컴퓨팅 파이프라인을 손쉽게 가속화할 수 있습니다. F1 기술 파트너에 의해 개발된 F1 기반 제품은 다른 모든 EC2 인스턴스 소프트웨어로 패키징되므로 FPGA를 프로그래밍하는 방법을 몰라도 사용할 수 있습니다.

손쉬운 가속화 개발

개발자는 부가 가치 가속화 논리에 집중할 수 있도록 하는 고급 클라우드 기반 도구 및 플로우를 사용하여 FPGA 개발을 가속화할 수 있습니다. 또한 자율형 온라인 자습서를 사용하는 실습 환경에서 다수의 GitHub 예제를 학습할 수 있습니다. 디버깅 프로세스를 용이하게 하기 위해 개발된 AWS의 가상 하드웨어 디버깅 도구(예: 가상 JTAG)를 사용하면 제한된 온프레미스 리소스에 종속되지 않고 익숙한 개발 환경에서 여러 개발자가 개발을 진행할 수 있습니다.

사용 사례

유전체학 연구

Amazon EC2 F1 인스턴스는 최고의 정확도와 저렴한 게놈당 비용으로 방대한 양의 유전체 데이터를 처리하고 가장 빠른 시간 안에 결과를 제공하기에 적합한 옵션입니다. FPGA는 AWS의 최신 CPU 기반 인스턴스와 비교하여 최대 30배 더 빠른 차세대 염기 서열 분석(NGS) 컴퓨팅 가속화를 제공할 수 있습니다.

네트워킹과 보안

Amazon EC2 F1 인스턴스는 가상 이더넷 기능을 사용하여 최대 속도로 네트워킹 패킷을 효율적으로 계산하는 기능을 제공합니다. 이 기능을 사용하면 심층 패킷 검사 또는 고성능 로드 밸런서나 실시간 패킷 처리가 필요한 기타 네트워킹 애플리케이션에서 FPGA를 사용할 수 있습니다.

실시간 비디오 처리

라이브 브로드캐스트 동영상 코드 변환 애플리케이션에서 F1 인스턴스를 사용하면 컴퓨팅 인스턴스를 사용할 때보다 높은 성능을 제공할 수 있습니다. F1 인스턴스는 품질 저하 없이 컴퓨팅 비용을 줄여주므로 이러한 애플리케이션의 요구 사항을 충족하기에 적합한 솔루션입니다.

빅 데이터 검색 및 분석

다양한 빅 데이터 애플리케이션에 요구되는 데이터 분석 및 검색의 양, 다양성 및 속도는 오늘날 고객이 지속할 수 있는 하드웨어 가속화 솔루션을 찾는 시점까지 증가했습니다. 이러한 애플리케이션을 사용하는 고객은 향상된 성능의 F1 인스턴스를 통해 빅 데이터 분석 및 검색 요건을 충족할 수 있습니다.

금융 분석

금융 조직에서는 F1 인스턴스를 사용하여 위험 모델링 및 분석, 트랜잭션 보안 분석 및 기타 워크로드에 대한 결과를 더 빠르게 얻을 수 있습니다.

기능

FPGA(Field Programmable Gate Array)

FPGA는 재프로그래밍이 가능한 하드웨어 디바이스로, 모든 논리 함수를 구현할 수 있습니다. 개발자는 사용자 지정 실리콘(주문형 반도체 또는 ASIC)과 유사한 기능을 제공하는 FPGA를 사용하여, 특정 워크로드를 가속화하도록 맞춤 설정되고 최적화된 컴퓨팅을 제공하는 사용자 지정 프로세서/액셀러레이터를 생성할 수 있습니다. 따라서 특정 사례에서는 CPU 및 GPU 같은 고정 함수 컴퓨팅 솔루션에 비해 컴퓨팅을 큰 폭으로 가속화할 수 있습니다.

개발 키트

개발자는 AWS 계정을 만들고 AWS FPGA 개발 키트를 다운로드하여 F1 인스턴스를 시작할 수 있습니다. 이 키트는 GitHub에서 사용할 수 있으며 F1에 대한 설명서, 내부 FPGA 인터페이스 및 AFI(Amazon FPGA 이미지) 생성을 위한 컴파일러 스크립트를 모두 포함합니다. AWS FPGA는 하드웨어 개발자 및 소프트웨어 개발자를 위한 다수의 개발 환경을 지원합니다. HDK는 완벽한 사용자 지정 하드웨어 개발 환경을 제공합니다. 이 소프트웨어 정의 개발 환경에서는 C/C++/OpenCL 코드를 사용하여 하드웨어 지식 없이 가속화를 개발할 수 있습니다. 따라서 EC2 F1 인스턴스에 대한 FPGA 개발이 가속화됩니다.

FPGA 개발자 AMI

FPGA 개발자 AMI에는 Xilinx Vivado가 추가 소프트웨어 요금 없이 포함됩니다. 또한 FPGA 설계를 시뮬레이션하고 AFI를 빌드 및 등록하는 데 필요한 스크립트와 도구로 사전 패키징된 도구 개발 환경이 포함되어 있습니다. FPGA 개발자 AMI에는 코드를 디버깅하고 컴파일링하는 도구도 포함되어 있습니다. 따라서 FPGA 개발자 AMI를 Amazon EC2 인스턴스에 배포한 후 FPGA 설계를 작성 및 테스트하는 데 필요한 리소스를 빠르게 프로비저닝할 수 있습니다.

고객 성공 사례

FPGA 기반 F1 인스턴스를 사용하여 전체 게놈 배열 프로세스의 속도를 대폭 끌어올릴 수 있었습니다. 그 결과, 20시간의 컴퓨팅 시간이 걸렸던 작업을 이제는 단 3시간 만에 처리할 수 있습니다.

Torsten Haferlach 교수, Munich Leukemia Lab CEO

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기술 파트너

BigStream-logo

Bigstream은 Apache Spark를 위한 자동 가속화 기술입니다. 사용자 코드 변경 없이 Spark 애플리케이션 작업을 Amazon F1 FPGA 인스턴스로 라우팅하여 실행하는 컴파일러 및 런타임이 포함되어 있습니다. 사용자는 최대 10배의 성능 개선을 경험할 수 있습니다. 단일 노드 작업에 더해 Bigstream은 F1 인스턴스의 클러스터링도 지원합니다. Bigstream은 모든 크기의 Amazon Elastic Compute Cloud(EC2) F1 인스턴스에 대한 Amazon Machine Image(AMI) 형태의 공개 미리 보기로 무료로 제공됩니다.

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Merlin™ Compiler가 있으면 하드웨어 지식이 없는 애플리케이션 개발자도 단순한 소프트웨어 프로그래밍 모델로 FPGA 가속화를 활용할 수 있습니다. 이 컴파일러는 C/C++에서 고도로 최적화된 FPGA 액셀러레이터로의 컴파일 흐름을 자동화합니다. 수동 최적화와 비슷한 성능을 유지하면서 생산성을 크게 개선할 수 있습니다.

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Illumina DRAGEN Bio-IT Platform은 염기 서열 데이터의 정확한 초신속 2차 게놈 분석을 제공합니다. 모든 규모와 분야의 실험실에서 유전체 데이터로 더 많은 작업을 수행할 수 있습니다. DRAGEN Platform은 FPGA 기반 Amazon EC2 F1 인스턴스를 사용하여 BCL 변환, 매핑, 맞춤, 정렬, 중복 마스킹 및 단상형 변이 추출과 같은 유전체 분석 알고리즘의 하드웨어 가속 구현을 제공합니다. Amazon EC2 F1 인스턴스에서 DRAGEN을 통한 인간 게놈의 2차 분석은 20분 안에 완료되는데, 이는 가속화 없이도 30배 더 빠른 속도입니다. AWS 기반 Dragen은 여기에서 사용하거나 Illumina BaseSpace 염기 서열 허브를 통해 사용할 수 있습니다.

InAccel_logo

InAccel FPGA-Accelerated ML(AML) 제품군은 Amazon EC2 F1 인스턴스에서 실행되는 ML 애플리케이션용 액셀러레이터 세트를 제공합니다. Apache Spark, Scikit-learn 및 Keras와 같은 주요 프레임워크를 사용하여 개발된 애플리케이션은 InAccel FPGA-Accelerated ML 제품군을 사용하여 가속화될 수 있습니다. 이 제품군은 완벽하게 통합된 AMI로 제공되며 분류 및 클러스터링을 위한 딥 러닝 및 기계 학습 알고리즘을 가속화하는 데 사용할 수 있습니다. InAccel의 새로운 "FPGA Resource Manager" Docker 컨테이너는 모든 가용 FPGA 리소스를 처리합니다. 따라서 개발자는 컨테이너화된 워크로드를 여러 F1 인스턴스로 원활하게 확장할 수 있습니다.

Reniac-logo

rENIAC은 Amazon EC2 F1 인스턴스로 지원되는 완전관리형의 고가용성 Cassandra 액셀러레이터입니다. 수 TB의 핫 데이터를 저장하여 Cassandra를 단독으로 사용할 때와 비교하여 최대 10배의 성능 개선, 10배의 밀도 개선 및 15배의 지연 시간 감소를 제공합니다. rENIAC은 SSD를 활용하여 FPGA 기반 가속화와 긴밀하게 결합된 데이터를 캐시함으로써 인메모리와 유사한 성능으로 수 TB의 데이터에 액세스하고 이러한 데이터를 제공합니다. rENIAC은 DataStax 클러스터와도 호환됩니다.

Socianext-logo

Socionext는 동영상 처리 및 배포 제품의 선도적인 공급자로서, 강력하고 혁신적인 FPGA 기반 가상 서버 플랫폼의 개발에 필수적인 수십 년의 하드웨어 기반 솔루션 전문성을 보유하고 있습니다. Socionext는 AWS와 협력하여 Amazon EC2 F1 인스턴스 기반의 하드웨어 가속 클라우드 기반 인코딩 솔루션을 제공합니다. 이 솔루션은 처리 시간 및 전송 비용을 대폭 줄이는 동시에 일관적인 고품질 동영상 스트림을 보장합니다.

Trend-Micro

Trend Micro는 Trend Micro Cloud One 플랫폼을 통해 AWS 고객에게 자동화되고 유연한 일체형 보안을 제공합니다. 고급 기술 파트너인 Trend Micro는 Amazon EC2 F1 인스턴스를 활용하여 방대하고 확장 가능한 네트워크 계층 보안을 빠르고 효율적으로 AWS에 배포할 수 있도록 합니다. Trend Micro와 AWS의 공동의 고객은 최대화된 컴퓨팅 효율성 및 성능으로 네트워크 트래픽을 검사할 수 있습니다.

Valtix-logo

Valtix의 CTO 겸 공동 설립자인 Vijay Chander 씨는 "Valtix는 Amazon EC2 F1 인스턴스를 사용하여 지연 시간이 짧은 고성능 SSL 암호화/복호화 및 위협 탐지를 위한 심층 패킷 검사(DPI)를 배포했다"면서, "Valtix는 이를 바탕으로 공격을 차단하고 유출을 방지하며 위협 요소의 내부 이동을 저지하는 첨단 클라우드 네이티브 고급 네트워크 보안 서비스를 업계 최초로 제공할 수 있게 되었다. 고객은 클라우드 앱을 빠르게 검색하고 자동 확장 보안을 배포하여 애플리케이션을 보호할 수 있다"고 전했습니다.

교육 및 연구를 위한 F1 인스턴스

교육자와 연구자는 F1 인스턴스를 사용하여 대부분의 시간을 사용되지 않는 상태로 보내는 값비싼 하드웨어를 구매할 필요 없이 프로그래밍 가능한 하드웨어(FPGA)를 온디맨드 방식으로 활용할 수 있습니다. F1 인스턴스를 사용하면 하드웨어에 액세스할 수 없는 경우에 프로그래밍 가능한 하드웨어(FPGA)에 원격으로 액세스할 수 있는데, 이는 특히 원격 학습 환경에 유용합니다. 자세한 내용은 교육자를 위한 Amazon EC2 F1 인스턴스를 참조하세요.

제품 세부 정보

이름 FPGA
vCPU(가상 CPU) 인스턴스 메모리(GiB) SSD 스토리지(GB) 향상된 네트워킹 EBS 최적화 온디맨드 요금/시간* 1년 약정 예약 인스턴스 실질 시간당* 3년 약정 예약 인스턴스 실질 시간당*
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

*위의 요금은 미국 동부 (버지니아 북부) AWS 리전의 Linux/Unix에 대한 것이며 가장 가까운 센트로 반올림됩니다. 1년 및 3년 약정 예약 인스턴스에 대한 요금은 “부분 선결제” 지불 옵션에 대한 것입니다. 전체 요금 내역은 Amazon EC2 요금 페이지를 참조하십시오.  

자습서

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)

파트너 솔루션

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)

추가 리소스

600x400-illumina_logo

새로운 Quick Start로 AWS 클라우드에서 Illumina DRAGEN 배포 

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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