阿呆科技 中国又一黑科技：带FPGA的固态硬盘

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每年都有黑技术，尤其是今年。比如谷歌的机器学习处理器TPU 2.0的性能，就直接震惊了深度学习的领头羊NVIDIA。本来GPU只是消耗大量的功率，总体来说性能还是可以称霸的。但是来到TPU之后，GPU的性能不如其他，功耗是TPU的几倍。这也从一个侧面告诉我们，具有可定制逻辑的深度学习计算平台，比如专用ASIC、FPGA等，是未来的发展方向，因为它们有很大的潜力可以挖掘，通过架构的不断创新，未来可以达到的性能会非常高。

众所周知，现在是一个数据爆炸的时代。一方面，手机、平板等各种移动设备正在产生大量的用户数据；另一方面，世界各地的各种传感器，如无人驾驶汽车的摄像头和各种探头，每天都在产生大量的视频数据。一般来说，视频和图像是信息时代的大部分数据。比如无人驾驶汽车的传感器，激光雷达，毫米波雷达，一天就能产生64TB的数据！

支撑这个庞大数据网络的基础是IT基础设施，主要包括网络、计算和存储三大功能。

在过去的30年里，中国最重要的事件叫做改革开放。所谓改革，就是把重点领域留给国有企业，非重点领域改为民营企业竞争。对外开放就是中国融入西方经济体系，吸引外汇，从事加工贸易，从国外进口生产设备，利用中国庞大的劳动力进行加工，然后出口到国外赚取加工费。当然，我们现在不想这么做。我们要做高端制造，产业升级，出口高科技产品。

IT基础设施的作用类似于加工贸易。网络是数据的搬运工，计算是数据的处理器，存储是数据的巢穴。现在网络已经很高速了，100兆的宽带在家里很常见，用4G手机就能看小电影。过去，存储是一件麻烦事。想想360开机助手每次提醒电脑开机多久？机械硬盘电机轰隆隆转了一圈，读数据慢。

但是，由于固态硬盘固态硬盘，存储不再是一个问题。凭借最新的PCIe 3.0×8固态硬盘，读写带宽可达4GB/s以上！还有的进步很快，芯片受限于摩尔定律失效，过程进展缓慢。因此，计算成为了一个瓶颈，尤其是在图像和视频处理、深度学习等方面。海量数据可以从PCIe SSD高速读写，但CPU无法处理。

那么，结合存储和计算能否解决这个痛点呢？没错，今天，阿呆引进了一家位于中国上海的黑色科技公司。方毅信息科技推出SSD配FPGA-CFS，是PCIe 3.0×8高速接口，性能高达5 GB/s，SSD提供高速数据存储，FPGA可以为用户提供计算加速。这样数据从SSD出来，由FPGA计算，释放CPU。一切回归原位，CPU做控制，FPGA做计算，SSD做存储。

那么，这东西有什么用？想想就有很多场景，比如无人驾驶汽车。目前普通无人驾驶汽车都配备了毫米波雷达、激光雷达、高速摄像头等各种传感器，如下图所示。每秒会产生1GB的数据，需要强大的计算能力来分析这么多数据，但是很多无人驾驶汽车也使用GPU计算。目前市场上销售的一个CPU+GPU计算盒的功耗可以达到5000瓦。对于汽车来说，这种小火盆的散热会带来很大的安全隐患，而且还会耗电。但是如果采用FPGA方案，可以降低功耗。根据无人应用场景优化算法后，计算性能也能满足需求。比如奥迪的无人车采用FPGA计算平台。目前这些传感器产生的数据全部丢失。不幸的是，在未来商业使用后，政府和制造商都需要存储有价值的驾驶数据并将其备份到云中。这些数据对于改善无人驾驶和分析事故现场非常有用。为了保存这些数据，只有PCIe固态硬盘可以实现1gb/s以上的写入速度..因此，FPGA SSD一方面快速存储驾驶数据，另一方面提供FPGA进行数据分析，完美满足无人驾驶的计算和存储需求。

在现代国家，有三样东西必须自给自足:食物、能源和武器。

首先，我们来看看食物问题。超级大国苏联没有做好为人民吃饭的工作，导致了解体的悲惨命运。80年代的伊拉克很富裕，经济发展水平堪比当时任何一个发达国家。当时，伊拉克人民享有全民免费医疗和从小学到大学的免费教育，几乎每个家庭都有小楼房和小汽车。20世纪70年代，朝鲜是一个富裕的国家，受到韩国、欧洲和巴基斯坦的羡慕。他们实行免费住房、免费教育和免费医疗，11年义务教育在全国普遍实施。但美帝一旦封杀粮食，当年的小富国伊拉克和朝鲜就成了穷国饿死了。

我们来看看能量。二战期间，日本在东亚和东南亚如日中天，但在石油被美国封锁后，突然看起来像一只翅膀下垂的公鸡。于是很多先进的军舰、飞机、航空母舰成了摆设，任由敌人炸毁。1944年6月马利亚纳群岛战役中，日本军舰因缺油未能参战。日本飞行员的训练时间从60小时减少到30小时。航空空油的原料只有松节油，精制燃料油越来越掺杂酒精。军用燃料的缺乏，让日本海军决定采用神风空的猛烈攻击方式——牺牲世界上最大的战略舰——日本人引以为豪的“大和”舰，直接命中前来增援进攻冲绳的美军战舰，真是浪费生命。下图是大和号船在海底撞成两截。

最后说武器。我们中国人有过最痛苦的经历。从清朝面对列强，到民国抗日战争，再到新中国抗美援朝战争，我们只能用无数士兵的血肉去抵抗飞机和坦克。

所以武器必须是可自控的，不能在关键时刻卡在脖子里。下图显示了美国军事基地在世界各地的分布。看看中国周边密集的基地，就知道美帝封锁中国有多容易了。

FPGA SSD在武器中的应用非常广泛，因为很多军事装备都需要高性能计算和高速存储。大家一定记得，5.12汶川大地震后，英勇的解放军迅速赶赴灾区救援。然而，天气相当糟糕，一架直升机不幸在山的深处失踪了。到处都是大山、悬崖、山谷和河流，所以我们不得不派军官和士兵去寻找它。经过十几天的努力，遇难者的残骸和遗体终于找到了。成千上万的官兵大声喊叫。

如果掌握一门技术，以后搜索目标会变得更容易。这项技术被称为陆地遥感。遥感技术就是派一架飞机到目标区域用高清摄像机拍照。同时，通过图像分析、人工智能等技术，可以进行实时分析和目标检测，在遥感过程中找到最佳目标。如下图所示，遥感影像直接分析船只的位置。如果遥感飞机配备了FPGA SSD，这个设备会简单高效，不需要飞机拉重服务器，有GPU加速卡或者FPGA加速卡，PCIe SSD等设备，只需要几个FPGA SSD。毕竟，对于一架飞机来说，重量很重要，它决定了它能飞多远，飞多长时间。遥感图像实时存储在PCIe固态硬盘中。同时利用FPGA进行硬件计算，识别目标。在战争中，根据情报快速反应，抓捕战机，比什么都重要。

可能有人会问，FPGA和NAND芯片不能国产。其实FPGA在国内一两年内就可以替代国产，达到主流性能。与非门芯片紫光长江存储将于2020年上市。

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