FPGA : une techno désormais au cœur de la stratégie d'AWS et Azure

FPGA : une techno désormais au cœur de la stratégie d'AWS et Azure Amazon embarque les circuits intégrés programmables dans ses instances de dernière génération. Quant à Microsoft, il a fait un choix plus radical : les déployer dans tous ses serveurs.

Inventés par Ross Freeman, le cofondateur de Xilinx, les FPGA (Field-Programmable Gate Array) sont des circuits intégrés programmables. Ils combinent les avantages des circuits intégrés propres à une application (ASIC) et la performance des processeurs conventionnels. Les FPGA empruntent aux premiers la capacité à se spécialiser dans un type de traitement. Mais contrairement aux ASIC, ils peuvent être reprogrammés à la volée pour effectuer plusieurs types de traitement.

Les puces FPGA n'en restent pas moins performantes. Avec la capacité d'exécuter différents traitements sur plusieurs cœurs indépendants, elles s'affranchissent du modèle séquentiel, ce qui leur permet de réaliser plus d'opérations par cycle d'horloge. Dotées de leurs propres "portes" d'entrée/sortie et circuits de routage, elles sont également capables de communiquer entre elles indépendamment des processeurs. Ce qui contribue à optimiser encore les temps de réponse.

Flexibilité et performance : c'est ce fin cocktail qui a amené les grands clouds à s'intéresser au FPGA. Amazon Web Services (AWS) et Microsoft ont été parmi les premiers à le mettre en production.

Azure mise sur FPGA pour passer à l'échelle

Si AWS et Microsoft sont unanimes pour louer les qualités du FPGA, ils ont adopté vis-à-vis du circuit logique programmable une approche assez différente. Du côté de Microsoft, un projet de R&D a été lancé dès 2010, avec pour objectif d'anticiper l'arrivée du cloud et l'explosion des volumes de données à traiter. "Nous avons d'abord cherché à évaluer ce que pourraient donner, dans ce contexte, les différents types de processeur : CPU, GPU, ASIC, sans oublier FPGA", explique Marc Gardette, directeur de la stratégie Cloud 2 chez Microsoft France. Suite à ce benchmark, Microsoft a décidé de privilégier FGPA. Une architecture embarquant cette technologie a été designée. Elle a depuis été déployée sur l'ensemble des data centers du groupe.

Marc Gardette est directeur de la stratégie Cloud 2 chez Microsoft France. © Microsoft

Le FPGA est depuis lors présenté par Microsoft comme une brique technique clés qui doit permettre à ses offres cloud (Azure, Office 365, Dynamics 365...) de passer à l'échelle. L'objectif de l'éditeur est de pouvoir supporter des dizaines voire des centaines de millions d'utilisateurs, et prendre en charge des volumes massifs de données. Et les premiers résultats sont là. Selon Microsoft, Office 365 enregistre à lui seul plus de 85  millions d'utilisateurs actifs mensuels.

Ce n'est pas tout. Microsoft compte aussi sur la souplesse qu'apportent les circuits FPGA. "Ils peuvent être invoqués individuellement et communiquer entre eux sans passer par le CPU. C'est comme si on avait une deuxième couche de cloud, mobilisable pour des applications de traitement spécifiques, de type réseaux neuronaux par exemple", indique Marc Gardette. Via le FPGA, Microsoft dispose ainsi d'une solution de circuit intégré reconfigurable en fonction de l'évolution de ses besoins en calcul.

Chez AWS, des instances FPGA en preview

Du côté d'AWS, l'adoption de FPGA est plus tardive. Elle remonte à 2016. Très différente de celle de Microsoft, la logique d'Amazon est d'emblée orientée produit. L'objectif est de proposer aux clients une nouvelle gamme d'instances (baptisée F1) intégrant FPGA. "Ces VM ne sont pas encore commercialisées. Elles sont en Preview, et pour l'heure accessibles à certains clients seulement", explique Stephan Hadinger, senior manager solutions architecture chez AWS. Faisant appel à des cartes additionnelles à base de puces Xilinx Ultrascale Plus, elles disposent chacune de plus de 2 millions de portes et jusqu'à huit circuits programmables.

"L'idée est d'accompagner la création d'un écosystème d'éditeurs d'application FPGA", (Stephan Hadinger - AWS)

Avec ces instances, AWS entend promouvoir l'émergence d'un nouveau marché à destination des développeurs. "Via notre place de marché, l'idée est d'accompagner la création d'un écosystème d'éditeurs tirant parti de nos instances FPGA", confie Stephan Hadinger. "Nous mettons gratuitement à disposition des images de serveur contenant tous les outils de développement nécessaires pour travailler dans cet environnement électronique programmable."

A terme, la place de marché d'AWS doit permettre aux acteurs IT de vendre des designs FPGA taillés pour les instances F1. Des designs qui pourront se spécialiser dans différents domaines, comme le traitement graphique, l'intelligence artificielle ou le Big Data. La société américaine NGCodec est l'une des toutes premières entreprises sur le point de commercialiser un service optimisé pour les instances FPGA d'Amazon. Il s'agit d'un encodeur vidéo – faisant appel au codec de compression HEVC/H.265.

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