FPGA和CPU助力數(shù)據(jù)中心實(shí)現(xiàn)圖像處理應(yīng)用體驗(yàn)與服務(wù)成本新平衡

圖片逐漸成為互聯(lián)網(wǎng)主要的內(nèi)容構(gòu)成，相應(yīng)的圖片處理需求也在高速成長(zhǎng)，移動(dòng)應(yīng)用與用戶生產(chǎn)內(nèi)容（UGC）正在驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)中心圖像處理的業(yè)務(wù)負(fù)載快速增加。本文深維科技聯(lián)合創(chuàng)始人兼 CEO 樊平詳細(xì)剖析了圖片加速的必要性、當(dāng)前實(shí)際的圖片解決方案與部署方式以及如何通過(guò) FPGA+CPU 異構(gòu)計(jì)算的方案維護(hù)用戶體驗(yàn)與服務(wù)成本新平衡。

1. 為什么需要圖片加速？

目前，圖片處理的需求正在快速成長(zhǎng)，即源于用戶生成內(nèi)容，視頻圖片抓取等方式的圖片縮略圖生成，像素處理，圖片轉(zhuǎn)碼、智能分析處理需求不斷增加。眾多應(yīng)用迫切需要高性能，高性價(jià)比的圖片處理解決方案。

在這種情況下，數(shù)據(jù)中心面臨著一個(gè)核心的考驗(yàn) -- 即用戶體驗(yàn)與服務(wù)成本之間的平衡?？偟貋?lái)說(shuō)，目前存在的純 CPU 處理方案，TCO（服務(wù)器、電費(fèi)、帶寬、場(chǎng)地人員 成本）相對(duì)高昂，用戶體驗(yàn)也相對(duì)較差。

2 . 解決方案

2.1. ThunderImage JPEG2JPEG 縮略圖方案

鑒于此，深維科技推出了基于 FPGA+CPU 異構(gòu)計(jì)算的解決方案 -JPEG2JPEG，通過(guò)高性能 FPGA 分擔(dān) CPU 處理任務(wù)，其所帶來(lái)的優(yōu)勢(shì)是 20 倍吞吐性能提升，20 倍延遲的降低，5 倍實(shí)際成本的節(jié)省以及 10 倍的能效比提升。

JPEG2JPEG 縮略圖方案是將用戶上傳的圖片進(jìn)行高質(zhì)量的縮放，即可滿足絕大多數(shù)應(yīng)用場(chǎng)合需求，例如，微信接收的一般都是縮小后的圖片。縮略圖是一項(xiàng)大量的、高并發(fā)的需求，針對(duì) 4K 圖像輸入，輸出縮放至 1024x768、640x480 的場(chǎng)景。目前，JPEG2JPEG 縮略圖方案可以實(shí)現(xiàn)吞吐量 550 張、延遲約 58ms 的高性能效果。

2.2 . ThunderImage JPEG2WebP 轉(zhuǎn)碼方案

WebP 的需求主要來(lái)自于對(duì)帶寬成本的節(jié)省。WebP 相較于 JPEG，在同等圖像質(zhì)量情況下，壓縮率可以提升 25%~34%，相應(yīng)的對(duì)帶寬成本的節(jié)省更加明顯，并且因?yàn)閭鬏敂?shù)據(jù)量的減少，延遲也會(huì)隨之降低，進(jìn)而帶來(lái)用戶體驗(yàn)的提升。但與此同時(shí)，WebP 也存在一項(xiàng)問(wèn)題，其計(jì)算復(fù)雜度是 JPEG 的 10 倍，對(duì)服務(wù)器的性能要求也更高，進(jìn)而造成部署成本的提升。

深維科技的 ThunderImage JPEG2WebP 轉(zhuǎn)碼方案，通過(guò) FPGA 加速帶來(lái) 10 倍左右的性能提升，進(jìn)而降低 WebP 的復(fù)雜度及服務(wù)器成本。ThunderImage JPEG2WebP 轉(zhuǎn)碼方案支持 Baseline、Main、Ultra 幾種類型，實(shí)現(xiàn)了對(duì) WebP M4 以及 M6 模式的支持，并且支持了 M4 的比特級(jí)一致（與 CPU 參考軟件輸出結(jié)果每比特一致）。

審核編輯 黃昊宇