今天亚马逊云服务AWS推出了一个服务叫做F1，这个尽管不是极品飞车，但是在数据处理领域，效果却堪比赛车。这个东东就是FPGA，全称叫Field Programmable Gate Array，翻译过来是现场可编程门阵列。挺抽象的，但其实就是可以定制逻辑的芯片。用FPGA的编程语言比如VHDL，Verilog，还有程序员熟悉的C风格的OpenCL写个程序编译，就能烧到芯片里面成为逻辑。有了FPGA，你可以用它做CPU，也可以做DSP，还可以做显卡，反正就是小泥人，捏成什么就是什么。
听起来挺爽的，但是一般FPGA的使用比较复杂，需要有一定的硬件功底才能玩转。一般程序员听到硬件就头大了，很多自称是全栈程序员的大拿也搞不定FPGA。不过真正的大牛程序员不仅写程序，还自己玩芯片，比如阿呆以前在微软亚洲研究院实习时的部门主管Crazy Bird（CB），他曾经在IBM设计了一个计算机叫做深蓝，下国际象棋赢了世界冠军卡斯帕罗夫，名噪一时。为什么这个计算机很厉害？据说CB为了追求性能，自己设计了一款下象棋的芯片并流片，最后在上面写程序，搞了个全定制化。
众所周知，几十年以来，半导体制程不断更新，一直到现在的几nm尺度，所以芯片的性能和容量也不断翻番。但是，现在工艺已经接近极限，芯片制程没办法继续按照摩尔定律往下走，所以Intel不再只走工艺路线，开始向架构路线转移，收购了FPGA厂商Altera，想通过FPGA和CPU的融合来实现更强计算能力。Altera傍上了大树，竞争对手Xilinx也不想做昨日黄花AMD，频频出招，这次AWS就是采用了他们的FPGA芯片。
FPGA使用有门槛，但是为了让广大没有硬件功底的程序员有权利享受更快的计算设备（花更多的钱），FPGA厂商费劲了心思，经过了各种简化，比如用简单易学的高级语言OpenCL编程。
F1加速卡提供了不同的价位，最多的套件包含8个FPGA芯片，其中芯片采用16nm Xilinx UltraScale Plus FPGA，每个FPGA有250万个逻辑单元和6800个DSP引擎，套件包括有ECC保护的64GiB DDR4内存和PCIe X16接口（如果是PCIe 3.0，那带宽就能到128Gb/s）。
F1套件还包含高达4TB的NVMe SSD，而且FPGA之间通过PCIe网络互联。所以看起来FPGA + PCIe Fabric + SSD结合在一起是高性能计算的未来方向之一。
为了方便使用，AWS给开发者免费提供了FPGA开发环境AMI和硬件开发包HDK。FPGA可以按小时付费，无限次烧写。这里说的逻辑单元就是和火柴棍一样的基本组件，比如几千个逻辑单元就能搭出一个简单的32位CPU。DSP呢，就是现成的乘法器等常用计算单元，跟盖房子用的预制件一样。
亚马逊说，如果这块FPGA租给你了，那这段时间别人就不能用了。所以租了就能追求极致性能。自己搞一套FPGA环境是很贵而且花时间的，高端FPGA动辄几千上万一片，有经验的FPGA工程师+硬件工程师雇佣成本也是很高的。所以租一个对有些人来说很省事，省钱。更重要的是，本来数据就在AWS上，就没必要在本地自己搭一套系统了。
F1包含三个开发工具：
- Hardware Development Kit：硬件开发包HDK，包含示例代码，编译脚本，debug工具等。
- AMI：开发环境，可以对FPGA设计进行仿真，编译，最后产生镜像文件。
- AFI，Amazon FPGA Image：编译后的镜像文件可以直接下载到FPGA执行，同时保持加密。
我们来看一个简单的例子。先登入到开发环境AMI，如下图。
进入AMI之后，安装一些依赖包，启动License管理器，然后就能打开Xilinx的FPGA开发工具Vivado了。所以所谓的AMI其实就是一个操作系统，包含了Xilinx的FPGA开发工具和亚马逊的支持包。
通过命令行启动Vivado。
Vivado界面。
写一段Verilog或者OpenCL代码，并编译综合成硬件逻辑。
不过这只是简单的使用，真正要做硬件加速需要解决：CPU，FPGA和内存之间的交互，HDK就是帮你实现这些，包含很多预配置好的接口和常见应用示例程序。
最后，亚马逊说，F1可以用来基因分析，金融分析，实时图像处理，大数据搜索和分析，安全计算（比如加密解密）。阿呆想说，FPGA工程师又有很多新雇主了！
参考：
