2018 OpenCAPI异构计算设计大赛

2018 年 7 月 10 日 IBM中国

本文转载自IBM校园行

2018

OpenCAPI异构计算设计大赛

- 让可编程的FPGA硬件成为系统里的超级处理器 -

这是大数据的时代，这是云计算的时代，这是人工智能的时代。在关键应用支持的现代社会背后，离不开大量提供强劲计算能力的服务器。在OpenPOWER服务器系统上使用CAPI接口连接FPGA，利用异构计算显著提升系统性能，打破计算和数据传输的瓶颈，降低机器的购置和运维成本，实现应用加速的各种可能。

异构计算，你准备好了吗？

提交初赛方案

2018年OpenCAPI异构计算设计大赛由IBM中国，浪潮商用机器有限公司，OpenPOWER基金会成员赞助，旨在鼓励大学和科研机构了解OpenPOWER系统上FPGA异构计算的先进技术，积极开展基础性、战略性、前沿性的科学研究，推动科技创新和应用。参赛者将有机会与OpenPOWER基金会多家会员合作，在OpenPOWER系统平台上实践开发，获得企业资深专家一对一指导。
 
为优秀创意开发方案原型，快来获取奖励基金，走出项目商业孵化第一步吧！

长按扫码报名提交您的初赛方案（7月6日至8月15日）

提交初赛方案

【主办单位】

国际商业机器（中国）有限公司（IBM）
浪潮商用机器有限公司
OpenPOWER基金会
复旦大学微电子学院

【合作单位】
深圳市恒扬数据股份有限公司
北京迈络思科技有限公司(Mellanox)
Nallatech公司
赛灵思电子科技(上海）有限公司（Xilinx)

竞赛背景

异构计算（Heterogeneous Computing）是指使用一种以上处理器的系统。这种多核心的系统不仅通过增加处理器内核提升性能，还纳入专门的处理能力，例如GPU或FPGA来应对特定的任务。

近年来，随着硅芯片逼近物理和经济成本上的极限，摩尔定律已趋近失效。但与之相对的却是，互联网的蓬勃发展、信息量爆炸式增长以及AI技术研究和应用普及，都对计算能力的要求变的更高。而异构计算，将关注点不仅局限在CPU性能的提升，而是打破CPU和外围设备间数据传输的瓶颈，让更多的硬件设备参与计算，如用专用硬件完成密集计算或者外设管理等，从而显著提高系统性能。毫无疑问，异构计算是提高计算力的主流方向。

参加OpenCAPI异构计算设计大赛，不仅可以了解当今处理器和系统硬件上最领先的技术，更可以成为把您的聪明才智孵化成某项突破性研究或应用的起点。

竞赛对象

参赛对象为国内任何有兴趣的大学或研究机构。大赛以学校为单位组织报名，比赛形式为团体赛。具体要求如下：

● 每支队伍由一名学生以上学生及一位指导老师组成。指导老师是参赛队所属高校的正式教师，一位老师可以指导多支参赛队
● 允许一个学校有多支代表队
● 报名时应具备在校学籍
● 参赛队员应保证报名信息准确有效

竞赛赛制

本次竞赛分初赛和复赛两个阶段。初赛采用网上评审方式，复赛采用公开项目答辩的评审方式。

初赛：参赛队选择可被加速的应用场景，构思系统设计。提出设计方案的想法和创新。

以下几类供参考，并无限制：
● 解决计算能力瓶颈：大规模并行数据处理能力可以应用于神经网络，图像视频，密码学，网络安全，数据库、以及广泛领域中的数据计算（金融，地质，生物、材料、物理等）
● 解决数据传输瓶颈：超高的数据传输带宽可以应用于网络传输，定义更灵活的数据存储方式，并且利用FPGA在数据传输过程中顺便进行数据处理，极大地减轻服务器端的CPU压力。
IBM资深专家指导参赛团队结合研究领域，选择应用场景。各团队构思系统设计，进行可行性分析，划分算法流程，软硬件分配，估算带宽，计算密度和效率。在这一阶段，只需以书面报告形式提交方案构想，即提交架构设计和性能预测分析报告。

复赛：参赛队和企业资深专家一起审阅系统设计，并进入具体开发阶段。

● 参赛队使用浪潮商用机器有限公司提供的基于OpenPOWER的数据中心服务器FP5280G2作为主机，恒扬数据，Nallatech, Mellanox等公司提供的基于Xilinx FPGA (KU，VU+)的FPGA板卡，使用开源的CAPI FPGA开发框架SNAP进行开发。竞赛队伍还可以整合OpenCAPI技术和RDMA技术来优化整体OpenPOWER集群性能。
● 开发环境为主办单位和合作单位提供，包括OpenPOWER服务器和支持CAPI接口的FPGA板卡搭建的远程环境。主要工作包括软件/硬件开发、调试、记录和分析测试结果。
● 具体开发过程中，企业资深专家一对一辅导，协助参赛者把设计实现成原型。复赛作品要求以论文形式提交原型开发报告和分析测试结果。

详细的提交内容以及方式，将在后续的竞赛过程中发布，以最新的由大赛主办方发布的内容为准。

竞赛赛程

赛制        时间             内容

初赛      7/6—8/15         初赛方案设计提交
            8/16—8/26       初赛专家评审
            8/27                 布复赛入围的10
                                    支团队名单

复赛     8/27—11/23      复赛作品开发及提交
           11/24—11/29    复赛专家评审
           11/30               公布复赛获奖
                                   团队名单
           12/4（暂定）     颁奖

竞赛奖励

初赛入围的10支参赛队将获得优胜奖，奖金人民币5,000元，并颁发奖杯和证书。

复赛设立一、二、三等奖。奖金如下（税前金额）：
一等奖 1支团队奖金人民币2万元、奖杯和证书
二等奖 1支团队奖金人民币1.5万元、奖杯和证书，
三等奖 1支团队奖金人民币1万元、奖杯和证书

另外，一等奖团队将获得Mellanox提供的Innvoa-2 板卡2张（板载Ethernet Adaptor ConnectX-5，并支持CAPI2.0）；二等奖团队将获得恒扬数据提供的NSA241 PFGA板卡1张（支持CAPI2.0）

更多详情

CAPI和OpenCAPI

CAPI的全称是Coherent Acceleration Processor Interface，它是允许外部设备（I/O Device）和处理器CPU共享内存的接口技术。以FPGA为例，作为现场可编程门阵列硬件，它有令人惊叹的并行处理能力并完全可以自由定制，但它连在系统中时，仍然是个外部设备。它要参与到异构计算中，和CPU协同工作，不能共享内存怎么行呢？从技术上看，用CAPI接口连接FPGA作为异构计算平台有以下好处：
● 它是带一致性的加速接口，FPGA可以直接像CPU一样直接访问内存。避免软硬件协同设计中的地址转换操作，大大简化编程思路，进而降低研发开销，缩短开发周期。
● 主机端程序完全工作在用户态，无须编写PCIE设备驱动程序。
● FPGA作为I/O设备，和主机通讯的延时更短。
● 在FPGA处理能力增加的场景下，带宽瓶颈日益凸显。它是业内最领先的PCIE Gen4 (16Gbps) 和OpenCAPI (25Gbps) 通道，妥妥的大带宽！
● OpenCAPI还支持I/O通道的内存扩展，由此探索存储级内存（SCM）对大数据应用的加速。

OpenCAPI是独立的标准化组织（www.opencapi.org），它将新一代CAPI技术规范开放出来，致力于推动高速硬件接口设计全面进入带内存一致性的时代，顺应异构计算的潮流，并为之提供了坚实的技术支撑。OpenCAPI首先在POWER9发布，搭载POWER9和OpenPOWER9服务器，但它的设计特性并没有绑定在POWER架构上，完全可以嵌入其它种类的处理器架构。

Power Systems和OpenPOWER

在全球众多最大型的集群中，都能看到 POWER Systems 高性能计算服务器的身影。POWER Enterprise 服务器专为数据设计，可为企业实现终极的弹性、可用性、安全性和性能，被广泛应用于银行、政府、航空、能源等企业的核心业务中，为要求苛刻的工作负载（例如，基因、金融、计算化学、石油和天然气勘探以及高性能数据分析）提供极致。

2013年IBM开放POWER服务器架构，成立OpenPOWER基金会(https://openpowerfoundation.org/)，目前已经有来自34个国家和地区的340多家公司加入，核心会员有IBM、Google、Nvidia、Redhat、Canonical（Ubuntu）、Hitachi、浪潮、Wistron等，共同建设开放的OpenPOWER生态。基于 Linux 的OpenPOWER系统对比传统POWER系统，主要由联盟成员设计生产，价格优势明显，同时也能够实现出色的性能和投资回报率，适用于计算密集型和数据密集型应用。这些服务器提供您所需的灵活性，能够快速集成创新技术解决方案，避免被供应商的专有技术所“套牢”，并加速实现业务结果。

2018年初，IBM 宣布推出POWER9处理器。全新POWER9芯片为计算密集型人工智能工作负载而设计，是首批嵌入PCI-Express 4.0、新一代NVIDIA NVLink及OpenCAPI的处理器，基于该处理器的系统可以大幅提升Chainer、TensorFlow及Caffe等各大人工智能框架的性能，并加速Kinetica等数据库。提供超越过往所有设计的高速信号总线带宽。如此一来，数据科学家能够以更快的速度构建包括科研范畴的深度学习洞察、实时欺诈检测和信用风险分析等范围的应用。POWER9是美国能源部Summit及Sierra超级计算机的核心，这两台超级计算机建成后将成为世界上性能最强的数据密集型超级计算机。此外，谷歌公司也采用了POWER9处理器。