除了双十一和王者荣耀,FPGA还可以操控华尔街股市?

日期:2017-11-27 作者:佚名

能抢到超低折扣商品的朋友都很不简单,要么很会持家,对各种商品价格了如指掌;要么是IT界高手,有专用软件甚至自己开发爬虫脚本来抢货。在股票和期货市场又何尝不是这样,要么能拿到第一手资料抢占先机;要么利用技术优势进行“高频交易”,交易系统只要比别人提前几个毫秒时间识别到市场波动就能赚得盆满钵满。开盘就涨停的股票为什么抢不到?比较下面三幅图,就知道为什么大机构容易抢到,而散户很难抢到。





上面三幅图展示了华尔街(纽约金融中心)的硬件设备发展过程。第一幅图交易员很多,电脑显示器用的还是上一代阴极射线管显示器;第二幅图已经升级为多屏幕液晶显示,交易员数量大大减少;在第三幅图中,参与交易的主体已经不再是人,而是一台台大型计算机或者服务器。这些服务器都具备超强的计算能力和极低的时间延迟,一部分服务器用到了FPGA来加速计算并降低响应时间。利用这些技术上的优势,大机构可以轻松击败大部分散户。

科技是第一生产力,在双十一和王者荣耀上大赚的人都悄悄去玩云计算和FPGA加速了。看看阿里云和腾讯云,他们都提供了云端计算的服务,包括FPGA加速的异构计算,目标应用是人工智能(深度学习)以及压缩解压缩等。而且已经把人工智能应用于他们网站的图片分类,自动识别并屏蔽违规图片。

如果看过以前的系列文章,都知道FPGA兼顾了低功耗和高运算能力的优势。然而在上面提到的FPGA云加速和“高频交易”中,FPGA的亮点不是低功耗,而是加速。一般CPU的主频都是几个GHz, 而FPGA的主频通常只有几百MHz。单单看主频,似乎FPGA没什么优势,但是实际上却是用FPGA来给计算加速,腾讯云的FPGA加速可以实现比通用CPU型服务器快30倍的性能。

CPU属于冯•诺依曼结构,任务执行需要经历取指、译码、执行、访存以及写回等过程。CPU为达到足够高的通用性,其指令流的控制逻辑相当复杂。如果要计算第三篇文章提到的简单神经网络,即使是用C语言来优化循环控制,每一次乘法计算完以后仍然需要额外的指令周期来判断是否结束循环并跳转到下一次计算。而FPGA则可以根据算法来优化和分配硬件资源,省去不必要的控制步骤节省时间。虽然CPU主频高,但是很多计算仍然需要好几个时钟周期才能完成,而FPGA凭借大量并行处理,以及合理的流水线结构,基本上能单周期完成多次“乘加”,“累加”等运算。此外,CPU的计算过程中,存取设备的传输带宽往往也是性能瓶颈,而FPGA则可以充分利用芯片内的分布式存储资源,尽量减少与外部存取器的数据交换从而提高性能。某些场合下,CPU也外挂专用协处理器(ASIC),用来加快处理特定的计算。然而专用芯片开发周期长,成本高,并且应用场合有限,无法像FPGA那样可以根据需要动态调整计算资源。所以高性能计算离不开FPGA的加速,尤其是人工智能相关的深度学习。


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