云計算、萬物互聯(lián)、大數(shù)據(jù)分析，以及不斷涌現(xiàn)的人工智能等，對應用負載提出了越來越高的期待，企業(yè)對于系統(tǒng)性能的要求自然也是水漲船高。
在傳統(tǒng)軌跡上，擠牙膏式地對處理器進行加強是多年來的不二法門。然而時過境遷，支撐處理器的摩爾定律已經(jīng)接近邊緣盡頭，在多元化且近幾何級的計算需求面前，應用負載更需要進入全新的、系統(tǒng)級別的提升。
對異構計算的探索跋涉就是一種對于計算性能瓶頸的突破。異構計算是一種特殊形式的并行和分布式的計算，它通過引入GPU、ASIC、FPGA或其它加速器，配合CPU去執(zhí)行各自最擅長的任務，從而實現(xiàn)計算性能和成本的最優(yōu)化。
以異構計算為基礎的計算系統(tǒng)能夠打破 CPU 和外圍設備間數(shù)據(jù)傳輸?shù)钠款i，讓更多的硬件設備參與計算，如用專用硬件完成密集計算或者外設管理等，從而顯著提高系統(tǒng)性能。
作為異構計算領域的開拓者，IBM這些年來也一直在探索更高帶寬、更低延遲的異構計算接口，減少CPU和異構核心之間的接口的傳輸能力對異構計算性能優(yōu)勢的限制。
2013年，IBM推出第一代CAPI 1.0接口(Coherent Acceleration Processor Interface 1.0)，同時，為了加速OpenCAPI的應用，IBM與幾家頂級的國際化公司(包括AMD、Google、IBM、Mellanox、Micron、Xilinx)建立了獨立的標準化組織OpenCAPI，在異構計算的潮流中致力于推動高速硬件接口設計全面進入內(nèi)存一致性時代。如今第三代CAPI接口開放給更多的異構計算開發(fā)者使用，名為OpenCAPI接口。
需要強調(diào)的是，雖然OpenCAPI首發(fā)于POWER9，但是它的設計特性并沒有綁定在POWER架構上，完全可以嵌入到其他種類的處理器架構之上。
OpenCAPI接口能夠有效地分擔CPU的負荷，為客戶提供一種可訂制、高效易用的硬件加速解決方案——這一原始定義非常樸素，但方寸之間，深不見底，它是新一代異構計算的基礎設施。
從2018年開始，通過在中國舉辦OpenCAPI異構計算大賽，IBM希望來自高校的理工學子能夠通過了解OpenPOWER和OpenCAPI進一步實踐異構計算，在未來逐漸成長為科技創(chuàng)新的儲備軍和中堅力量。
2019年鳴鑼的OpenPOWER + OpenCAPI異構計算設計大賽則是吸引了來自14所高校的21支隊伍。顯然，OpenPOWER + OpenCAPI的組合正在吸引更多的關注，新的生態(tài)逐漸孵育成熟，正在蓄勢待發(fā)。
OpenPOWER+OpenCAPI
李孝聰，西安交通大學在讀碩士。本次大賽中，他和他的隊友們順利闖過初賽，與其他9支隊伍共同殺入到復賽當中。
作為一枚經(jīng)常參加各種校外比賽的“研究僧”，李孝聰表示，在大學里接觸異構計算的場合并不是很多，此前基本上是通過閱讀論文、搜索資料這樣遠距離的學習來獲取理解，而大賽提供了多次與OpenPOWER+OpenCAPI“親密接觸”的機會，李孝聰和他的隊友們也得以與許多共同學習OpenCAPI技術的參賽團隊進行深入交流。
遠超李孝聰預期的是，主辦方為參賽隊伍提供了一對一的企業(yè)導師，導師們傳播知識、理解應用場景，能為參賽方案提出優(yōu)化建議和點睛式的改進點撥，這是同類賽事其它主辦方難以提供的優(yōu)勢資源。
此外，主辦方還提供了服務器與板卡，參賽者不僅可以在理論上討論加速效果，更可以在服務器上實現(xiàn)加速效果，親自感受OpenCAPI異構計算的巨大威力。在接下來的時間里，李孝聰希望進一步改進方案，完成最終的設計。
李孝聰團隊的方案主要是圍繞密碼學的算法。由于計算量非常大，算法也比較復雜、串行度大，因此團隊的設計初衷就是利用FPGA(Field-Programmable Gate Array，現(xiàn)場可編程門陣列)，更靈活地設計邏輯電路，賦予它更強大的加速能力。
相較而言，他的感受是，OpenCAPI有著非常領先的前瞻性和技術水準。譬如AES、SM3等算法，它們在計算速度上沒有什么問題，但是對帶寬要求非常高，一般的系統(tǒng)上是很難實現(xiàn)的。而OpenCAPI則是優(yōu)勢明顯，第三代協(xié)議的OpenCAPI已經(jīng)能夠提供25GB/s的接口速度。
李孝聰表示，在不占用資源的情況下，團隊會盡可能使用OpenCAPI的接口帶寬，并根據(jù)FPGA的資源情況適當?shù)卣{(diào)整一下它的流水線級數(shù)，保證更好的工作效率。
在高帶寬之外，OpenCAPI還具有低延時的特性，能夠為數(shù)據(jù)從FPGA端傳送到CPU端或是反向傳輸，提供極好的支撐。
以SM2橢圓曲線公鑰密碼算法為例，如我們所知，這是個運算量比較大的算法，同時也對數(shù)據(jù)傳輸有著很高的要求。由于具備低延時的特點，OpenCAPI不僅能夠加速SM2算法的運算，還可以讓數(shù)據(jù)的傳輸更快，整個系統(tǒng)也由此更具安全優(yōu)勢。
生態(tài)的“移山”之旅
