下一个突破性创新数字业务模式：神经可塑性“云”

高性能计算走向云端
高性能计算 (HPC) 基本上是指使用并行处理功能高效、可靠、迅速地运行高级应用程序。过去高性能计算的使用权局限于学术界、工程师和科学家。实际上，高性能计算几乎成为超级计算中心的代名词，用于处理理论物理模型仿真的复杂计算。高性能计算的典型应用领域包括气候建模、碰撞仿真和生物信息学。这些领域在性质上就是高计算强度的。

云计算让高性能计算走入寻常百姓家。随着时间推移，对这一计算能力的需求正在超越传统的超级计算中心，延伸到公有云、私有云、混合云、社区云乃至个人云中，用户通过便携式甚至是可穿戴嵌入式设备就能够使用。

对许多服务和应用来说，这种对计算能力不断增长的需求意味着

严格的响应时间要求，要求提供商使用最先进的技术更新自己的计算平台。在实时图像处理、视频流和大数据分析等这些应用中，降低时延，加快得到结果都是最终用户看重的 QoS 要素。大公司、创业企业和中小型企业(SME)逐渐认识到，先进的计算基础架构能带来竞争优势。随着 HPC 进入主流，云计算通过实现对无限计算资源的共享弹性访问，在 HPC 交付方面正起着关键作用，尤其是对已经使用集群和网格计算的工程和科学应用而言。

鉴于云基础架构工作负载对计算能力、灵活性和电源效率提出了更高的要求，基于 FPGA 的首创替代方案能提供超越行业需求的高性能解决方案。借助可重复配置硬件技术，以并行处理支撑的计算平台有望提供快捷平衡的解决方案，尤其是在要求以极快速度处理实时数据的应用中。为了显著降低时延，FPGA 厂商与主要的利益相关方密切协作，通过将综合在 FPGA 逻辑中的加速器连接至现有处理器，正设法实现高性能、更高能效的数据中心。

数据中心中的灵活计算
随着最终用户逐渐习惯和依赖把自己的个人数据托管到云端，预计云计算将成为 IT 交付的默认方式。与之相关的一个趋势是把产品转化为服务，分解成能够在按使用付费业务模式中重新组合以准确满足客户需求的单元。IaaS 就是一种把云计算硬件基础设施（服务器、存储、网络和操作系统）作为互联网

上的按需服务交付的途径。许多企业意识到云硬件基础设施对他们的业务不可或缺，但他们把它当作不会给自己带来任何竞争优势的商品对待，因为他们的竞争对手基本上使用相同的技术提供基本上相同的 QoS。

可重配置硬件技术能颠覆这样的模式。该技术带来极具竞争力的性能功耗比提升，降低总体成本，并用作可扩展的可重配置加速平台，能够对任何工作负载进行按需优化，从而实现明显的差异化。配备 FPGA 器件的数据中心服务器能支持可针对特定计算优化的硬件软件计算平台。灵活的硬件是让最终用户用上与云基础架构紧密挂钩的丰富特性的关键，比如设计保障的专用高性能计算。

有几大因素有利于向云端的灵活计算转型。FPGA 的并行处理功能是一个明显优势。此外，通过 FPGA 在云端集成异构硬件资源，为无需依赖持续的 CPU 性能提升就能改善计算效率提供了机遇。

另外，为了增加任何特定计算任务的吞吐量，往往可以在 FPGA 资源中对其实现方案进行流水线操作。借助灵活的硬件对最终用户应用进行精细流水线，可交付最佳性能的定制解决方案。

接着，还可以发挥 FPGA 中硬件资源的部分可重配置性，在运行中把不同的定制协处理器换入和换出特定资源，从而以多路复用的方式动态地按需计算所需应用算法中计算强度最大的部分。这种方法基本不会影响执行时间，同时提供了一种能权衡面积与性能的低成本解决方案。

采用基于云的 IaaS 的可重配置硬件不仅可以扩大云计算的供应，提高定制化水平，还能增强网络安全性。
总之，定制云计算能为一定数量领域的提供商和从业者带来重大差异化。例如，采用特定计算机架构而非标准架构支持的金融计算应用能加快经纪人对金融趋势的分析，这样他们买入或卖出股票的速度就能比他们的竞争对手更快。如果负责处理所需的实时处理算法的计算机对执行这些算法进行了专门的优化，医疗人员就能在开展远程外科手术的过程中提高成像质量并缩短响应时间。在卷积神经网络上的大数据分析和网络游戏等其他计算领域中，QoS 以时延和开销为衡量指标，高 QoS 能产生显著的竞争优势。

值得信赖的云计算
网络安全和数据保隐私挑战是云计算得到广泛采用的主要障碍。因为云基础架构在不同程度上一直是一种开放和共享资源，它也成了内外部人员恶意攻击的对象。而且今天在共享资源上执行特定计算或存储敏感数据带来的安全影响让云计算难以成为关键应用的选择。在当前的云平台和基础设施中都已经观察到旁路攻击、身份绑架和恶意代码分配。值得信赖的云计算解决方案可以避免这些问题，因此对实现任何人能够随时随地使用的定制化云计算而言十分重要。

采用基于云的 IaaS 的可重配置硬件部件可以扩大云计算的使用和定制化水平，还能增强相对于软件解决方案的安全性。从设计上说，FPGA 器件与云端传统使用的软件解决方案相比能提供明显面积更小、防御更周密的攻击面。基于 FPGA 的云计算基础架构的设计人员能够让安全性满足

云系统架构的最高设计标准。下列因素有利于值得信赖的硬件增强型云计算。