2018 OpenCAPI异构计算设计大赛

摘要: 初赛方案提交：7月6日至8月15日 || 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， ...

2018 OpenCAPI异构计算设计大赛

初赛方案提交：7月6日至8月15日

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。
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！

【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Z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
● 允许一个学校有多只代表队
● 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Z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Z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Z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Z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。

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