Instâncias F1 do Amazon EC2
Habilitam o desenvolvimento e a implantação com maior rapidez do acelerador de FPGA na nuvem
As instâncias F1 do Amazon EC2 usam FPGAs para habilitar a entrega de acelerações de hardware personalizadas. As instâncias F1 são fáceis de programar e são fornecidas com tudo o que é necessário para desenvolver, simular, depurar e compilar código de aceleração de hardware, incluindo uma AMI para desenvolvedores de FPGA e um desenvolvimento de nível de hardware de suporte na nuvem. O uso de instâncias F1 para implantar acelerações de hardware pode ser útil em diversas aplicações para resolver problemas complexos nas áreas de ciência, engenharia e negócios que exigem alta largura de banda, redes aperfeiçoadas e capacidade muito alta de computação. Exemplos de aplicações alvo que podem se beneficiar da aceleração de instância F1 são genômica, pesquisa/análise, processamento de imagem e vídeo, segurança de rede, automação de design eletrônico (EDA), compressão de imagem e arquivo e análise de big data.
As instâncias F1 fornecem diversos ambientes de desenvolvimento: desde desenvolvedores de hardware de baixo nível até desenvolvedores de software que se sentem mais confortáveis com ambientes C/C++ e openCL (disponíveis no nosso GitHub). Após concluir o projeto da FPGA, você poderá registrá-la como imagem de FPGA da Amazon (AFI) e implantá-la em uma instância F1 com apenas alguns cliques. Não há limite para o número de vezes que suas AFIs podem ser reutilizadas nem para o número de instâncias F1 que podem ser utilizadas. Não há cobrança de software para ferramentas de desenvolvimento ao usar a AMI para desenvolvedores de FPGA, e você pode programar a FPGA em uma instância F1 quantas vezes quiser, sem taxas adicionais.
Benefícios
COMPUTAÇÃO DE ALTO DESEMPENHO ESCALÁVEL
Ao contrário dos sistemas locais, a execução de computação de alto desempenho em instâncias F1 do Amazon EC2 oferece capacidade praticamente ilimitada de escalabilidade horizontal da infraestrutura, além da flexibilidade para alterar facilmente os recursos com a frequência exigida pelas cargas de trabalho. Você pode configurar os recursos para atender às demandas dos aplicativos, e lançar quantas instâncias de FPGA necessárias, em minutos, pagando apenas pelo que usar.
ACELERAÇÃO DE TEMPO DE COMPUTAÇÃO EM ATÉ 100 VEZES
As instâncias F1 do Amazon EC2 fornecem uma aceleração até 100 vezes maior se comparadas às CPUs para um conjunto variado de aplicativos de computação. Os clientes podem descobrir, testar e implantar aceleradores personalizados diretamente do AWS Marketplace, para acelerar com facilidade seus pipelines de computação. Não há necessidade de saber como programar FPGAs, já que os produtos baseados em F1 desenvolvidos pelos parceiros de tecnologia da F1 são empacotados como qualquer outro software de instância do EC2.
FACILIDADE DE DESENVOLVIMENTO DE ACELERAÇÃO
Os desenvolvedores podem acelerar seu desenvolvimento de FPGAs com ferramentas e fluxos avançados baseados em nuvem que permitem a eles se concentrarem em sua lógica de aceleração de valor agregado. Os desenvolvedores podem obter experiência prática com tutoriais on-line individualizados e aprender com muitos exemplos do GitHub. Para facilitar o processo de depuração, a AWS desenvolveu ferramentas de depuração de hardware virtual, como JTAG virtual, fornecendo um ambiente de desenvolvimento familiar que permite a vários desenvolvedores fazerem progresso sem depender de recursos locais limitados.
Casos de uso
Pesquisa genômica
As instâncias do Amazon EC2 F1 são a opção ideal para processar grandes quantidades de dados genômicos, fornecer o tempo mais rápido para resultados, com melhor precisão e baixo custo por genoma. FPGAs podem fornecer até 30x de aceleração de computação de Sequenciamento de Próxima Geração (NGS) em comparação com as instâncias baseadas em CPU mais recentes na AWS.
Redes e segurança
As instâncias do Amazon EC2 F1 oferecem a capacidade de calcular com eficiência pacotes de rede a uma taxa de linha usando o recurso de ethernet virtual. Com este recurso, os FPGAs ligados podem ser usados para aplicações de segurança como inspeção profunda de pacotes ou load balancers de alto desempenho ou outras aplicações de rede que requerem processamento de pacotes em tempo real.
Processamento de vídeo em tempo real
As aplicações de transcodificação de vídeo transmitidas ao vivo usando instâncias F1 oferecem melhor desempenho do que aplicações que usam instâncias de computação. As instâncias F1 são uma solução ideal para atender aos requisitos de tais aplicações, reduzindo os custos de computação sem comprometer a qualidade.
Pesquisa e análises de big data
O volume, a variedade e a velocidade dos requisitos de análise e pesquisa de dados em muitos aplicativos de big data cresceram até atingir um patamar em que os clientes procuram aceleração de hardware para poder acompanhar esse crescimento. Para essas aplicações, os clientes podem aproveitar o maior desempenho das instâncias F1 para cumprir requisitos de análise e pesquisa de big data.
Análise financeira
As organizações financeiras podem usar instâncias F1 para obter resultados mais rápidos de modelagem e análise de risco, análise de transações para segurança, além de outras cargas de trabalho.
Recursos
Arranjos programáveis de portas em campo (FPGA - Field Programmable Gate Array)
Os FPGAs são dispositivos de hardware reprogramáveis que podem implementar qualquer função lógica. Isso torna os FPGAs similares aos silícios personalizados (também conhecidos como Circuitos integrados específicos de aplicação, ou ASICs), permitindo aos desenvolvedores criar processadores/aceleradores personalizados que fornecem computação otimizada sob medida para acelerar uma carga de trabalho específica. Isso permite, em casos específicos, uma aceleração significativa em comparação com soluções de computação de função fixa, como CPUs e GPUs.
Kit de desenvolvimento
Os desenvolvedores podem começar a usar instâncias F1 criando uma conta da AWS e fazendo o download do Kit de desenvolvimento de FPGA da AWS. O kit está disponível no GitHub e inclui toda a documentação sobre F1, interfaces FPGA internas e scripts de compilador para gerar imagens FPGA da Amazon (AFIs). Os FPGAs da AWS suportam vários ambientes de desenvolvimento para atender aos desenvolvedores de hardware e software. O HDK fornece desenvolvimento de hardware totalmente personalizado, e o ambiente definido por software permite o desenvolvimento de acelerações usando código C/C++/OpenCL sem o conhecimento de hardware necessário. Isso permite um desenvolvimento de FPGA rápido para as instâncias de F1 de EC2.
AMI para desenvolvedores de FPGA
A AMI para desenvolvedores de FPGA inclui Xilinx Viviado sem cobrança de software adicional, bem como um ambiente de desenvolvimento de ferramenta pré-empacotado com scripts e ferramentas para simular o projeto e compilação de FPGAs e registrar uma AFI. A AMI para desenvolvedores de FPGA inclui ferramentas para depurar e compilar código. Você pode implantar a AMI para desenvolvedores de FPGA em uma instância do Amazon EC2 e provisionar rapidamente os recursos necessários para criar e testar um projeto de FPGA.
História do cliente
Conseguimos usar as instâncias F1 baseadas em FPGA para acelerar bastante o processo de sequenciamento do genoma inteiro. Como resultado, o que costumava levar 20 horas de computação agora pode ser alcançado em apenas 3 horas.
Professor Dr. Torsten Haferlach Diretor executivo, Munich Leukemia Lab
Parceiros de tecnologia
Bigstream é uma tecnologia de aceleração automatizada para Apache Spark. Ele inclui um compilador e tempo de execução que roteia a execução das tarefas da aplicação Spark para as instâncias do Amazon F1 FPGA que não exigem qualquer alteração no código do usuário. Os usuários experimentam uma melhora de até 10 vezes no desempenho. Além da operação de nó único, o Bigstream também oferece suporte a clustering de instâncias F1. O Bigstream está disponível em visualização pública sem custo como uma imagem de máquina da Amazon (AMI) para instâncias F1 do Amazon Elastic Compute Cloud (EC2) de todos os tamanhos.
O Compilador Merlin™ traz o poder da aceleração FPGA para desenvolvedores de aplicações com um modelo de programação de software simples e nenhum conhecimento de hardware necessário. Ele fornece um fluxo de compilação automatizado de C/C++ para aceleradores FPGA altamente otimizados. Ele permite ganhos significativos de produtividade, mantendo o desempenho comparável à otimização manual.
A plataforma Illumina DRAGEN Bio-IT fornece análise de genoma secundária ultrarrápida e precisa de dados de sequenciamento. Ela permite que laboratórios de todos os tamanhos e modalidades façam mais com seus dados genômicos. A plataforma DRAGEN usa instâncias do Amazon EC2 F1 baseadas em FPGA para fornecer implementações aceleradas por hardware de algoritmos de análise genômica, como conversão de BCL, mapeamento, alinhamento, classificação, marcação duplicada e chamada de variante de haplótipo. A análise secundária de um genoma humano com DRAGEN leva menos de 20 minutos nas instâncias do Amazon EC2 F1, o que é 30 vezes mais rápido do que sem aceleração. O Dragen na AWS está disponível aqui ou por meio do hub de sequenciamento Illumina BaseSpace.
A suíte InAccel FPGA-Accelerated ML (AML) fornece um conjunto de aceleradores que são executados em instâncias do Amazon EC2 F1 para aplicações de ML. As aplicações desenvolvidas com estruturas de trabalho populares, como o Apache Spark, Scikit-learn e Keras, podem ser aceleradas com o InAccel FPGA-Accelerated ML Suite. Ela é enviada como uma AMI totalmente integrada que pode ser usada para acelerar o aprendizado profundo e algoritmos de machine learning para classificação e armazenamento em cluster. O novo contêiner Docker "FPGA Resource Manager" da InAccel lida com todos os recursos FPGA disponíveis, permitindo que os desenvolvedores escalonem perfeitamente suas cargas de trabalho em contêineres para várias instâncias F1.
O rENIAC é um acelerador Cassandra totalmente gerenciado e altamente disponível habilitado por instâncias do Amazon EC2 F1 que armazena vários TBs de dados quentes para fornecer uma melhoria de desempenho de até 10 vezes, aumento de densidade de 10 vezes e redução de latência de 15 vezes em relação ao Cassandra sozinho. O rENIAC aproveita os SSDs para armazenar dados em cache, fortemente acoplado à aceleração baseada em FPGA para acessar e servir TBs de dados com desempenho semelhante ao da memória. O rENIAC também é compatível com clusters DataStax.
A Socionext, fornecedora líder de produtos de processamento e distribuição de vídeo, possui décadas de experiência em soluções baseadas em hardware, essenciais para o desenvolvimento de uma plataforma de servidor virtual poderosa e inovadora baseada em FPGA. Ao trabalhar em conjunto com a AWS, o Socionext oferece uma solução de codificação baseada em nuvem acelerada por hardware nas instâncias do Amazon EC2 F1 que garante streams de vídeo consistentes e de alta qualidade enquanto reduz significativamente o tempo de processamento e os custos de entrega.
A Trend Micro fornece segurança automatizada, flexível e completa para clientes AWS por meio da plataforma Trend Micro Cloud One. A Trend Micro, uma parceira de tecnologia avançada, aproveita as instâncias do Amazon EC2 F1 para permitir que nossos clientes em conjunto maximizem a eficiência e o desempenho de computação para inspecionar o tráfego de rede, permitindo que os clientes implantem de forma rápida e eficiente uma segurança de camada de rede ampla e dimensionável na AWS.
"Usando instâncias F1 do Amazon EC2, a Valtix pode fornecer criptografia/descriptografia SSL de alto desempenho e baixa latência e inspeção profunda de pacotes (DPI) para detecção de ameaças." disse Vijay Chander, CTO e cofundador da Valtix. "Isso dá à Valtix uma vantagem como o primeiro serviço de segurança de rede avançado nativo da nuvem da indústria que protege contra ataques, evita exfiltração e interrompe o movimento lateral de ameaças. Os clientes podem descobrir rapidamente seus aplicativos em nuvem, implantar a segurança de ajuste de escala automático e defender suas aplicações”.
Detalhes do produto
| Nome | FPGAs |
vCPUs | Memória da instância (GiB) | Armazenamento em SSD (GB) | Redes aperfeiçoadas | Otimizado para EBS | Preço sob demanda/hora* | Instância reservada por 1 ano – por hora* | Instância reservada por 3 anos – por hora* |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| f1.2xlarge | 1 |
8 | 122 | 470 |
Sim | Sim | 1,65 USD | 1,06 USD | 0,76 USD |
| f1.4xlarge | 2 | 16 | 244 |
940 |
Sim | Sim | 3,30 USD | 2,12 USD | 1,52 USD |
| f1.16xlarge | 8 |
64 | 976 |
4 x 940 |
Sim | Sim | 13,20 USD | 8,50 USD | 6,10 USD |
*Os preços mostrados são para Linux/Unix na região da AWS Leste dos EUA (Norte da Virgínia) e arredondados para o centavo mais próximo. Os preços para instâncias reservadas de 1 e 3 anos são para as opções de pagamento «Adiantado parcial». Para obter detalhes de preço completos, consulte a página de definição de preço do Amazon EC2.
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